مفاهیم بنیادی فضا و زمان
مقدمه
بررسی و شناخت پدیده های فیزیکی و روابط بین آنها بدون توجه به مفاهیم و درک شهودی از فضا و زمان جندان مانوس به نظر نمی رسد. مفهوم و درک فضا و زمان نیز مانند سایر کمیت های فیزیکی روندی پویا دارد و در طول تاریخ دستخوش تغییرات زایدی شده است. بویژه بعد از نسبیت مفاهیم فضا و زمان و درک بشر از آنها دچار تغییر زیادی شده است. البته در اینجا نمی خواهیم مسئله ی فضا-زمان را مورد بررسی قرار دهیم، تنها هدفمان از ارائه ی این فصل این است که زمینه ی آشنایی با نگرش فلسفی و علمی نسبت به فضا و زمان فراهم گردد تا بعد ازبیان نسبیت فضا-زمان مورد بررسی قرار گیرد. همجنین این مطالب قبل از قوانین نیوتن آورده شده است تا زمینه ی مطرح شدن دیدگاه منطقی نیوتن نسبت به فضا و زمان مطلق فراهم گردد .
فضا چیست؟
فضا (Space)
واژه‌ای است که در زمینه‌های متعدد و رشته‌های گوناگون از قبیل فلسفه، جامعه‌شناسی، معماری و شهرسازی بطور وسیع استفاده می‌شود. لیکن تکثّر کاربرد واژه فضا به معنی برداشت یکسان از این مفهوم در تمام زمینه‌های فوق نیست، بلکه تعریف فضا از دیدگاه‌های مختلف قابل بررسی است. مطالعات نشان می‌دهد با وجود درک مشترکی که به نظر می‌رسد از این واژه وجود دارد، تقریباً توافق مطلقی در مورد تعریف فضا در مباحث علمی به چشم نمی‌خورد و این واژه از تعدد معنایی نسبتاً بالایی برخوردار است و تعریف مشخص و جامعی وجود ندارد که دربرگیرنده تمامی جنبه‌های این مفهوم باشد. از این رو در این یادداشت به ذکر برخی کلیات در مورد مفهوم فضا بسنده می کنیم.
فضا یک مقوله بسیار عام است. فضا تمام جهان هستی را پر می‌کند و ما را در تمام طول زندگی احاطه کرده است. فضا به محیط زیست اطراف ما احساس راحتی و امنیت می‌بخشد که اهمیت آن در یک زندگی لذت بخش از نور آفتاب و محلی برای آرامش کمتر نیست .
هرکاری که انسان انجام می‌دهد، دارای یک جنبه فضایی نیز است، به عبارتی هر عملی که انجام می‌شود، احتیاج به فضا دارد. دلبستگی بشر به فضا از ریشه‌های عمیقی برخوردار است. این دلبستگی از نیاز انسان به ایجاد ارتباط با سایر انسانها که از طریق زبان های گوناگون صورت می‌پذیرد، سرچشمه می‌گیرد. همچنین بشر خود را با استفاده از فیزیولوژی و تکنولوژی، با اشیاء فیزیکی وفق می‌دهد و از این طریق یک رابطه و تعادل پویا بین انسان و محیط (اشیاء)، علاوه بر ارتباط میان انسانها، بوجود می‌آید. این اشیاء بر اساس یک سری روابط خاص به درونی و بیرونی، دور و نزدیک، منفرد و متحد، پیوسته و گسسته تقسیم شده‌اند. برای اینکه بشر بتواند به تصورات و ذهنیات خود عینیت بخشد، بایستی که این روابط را درک کند و آنها را در قالب یک مفهوم فضایی هماهنگ نماید. لذا فضا بیانگر نوع ویژه‌‌ای از ایجاد ارتباط نیست، بلکه صورتی است جامع و دربرگیرنده هر نوع ایجاد ارتباط، چه میان انسانها و چه میان انسان و محیط.
فضا ماهیتی جیوه مانند دارد که چون نهری سیال، تسخیر و تعریف آن را مشکل می‌نماید. اگر قفس آن به اندازه کافی محکم نباشد، براحتی به بیرون رسوخ می‌کند و ناپدید می‌شود. فضا می‌تواند چنان نازک و وسیع به نظر آید که احساس وجود بعد از بین برود (برای مثال در دشتهای وسیع، فضا کاملاً بدون بعد به نظر می‌رسد) و یا چنان مملو از وجود سه بعدی باشد که به هر چیزی در حیطه خود مفهومی خاص بخشد.
با اینکه تعریف دقیق و مشخص فضا دشوار و حتی ناممکن است، ولی فضا قابل اندازه‌گیری است. مثلاً می‌گوییم هنوز فضای کافی موجود است یا این فضا پر است. نزدیکترین تعریف این است که فضا را خلائی در نظر بگیریم که می‌تواند شیء را در خود جای دهد و یا از چیزی آکنده شود.
نکته دیگری که در مورد تعریف فضا باید خاطرنشان کرد، این است که همواره بر اساس یک نسبت که چیزی از پیش تعیین شده و ثابت نیست، ارتباطی میان ناظر و فضا وجود دارد. بطوری‌که موقعیت مکانی شخص، فضا را تعریف می‌کند و فضا بنا به نقطه دید وی به صورت‌های مختلف قابل ادراک میباشد .
سیر تحول تاریخی مفهوم فضا
فضا مفهومی است که از دیرباز توسط بسیاری از اندیشمندان مورد توجه قرار گرفته و در دوره های مختلف تاریخی بر اساس رویکردهای اجتماعی و فرهنگی رایج، به شیوه های گوناگون تعریف شده است مصری‌ها و هندی‌ها با اینکه نظرات متفاوتی در مورد فضا داشتند اما در این اعتقاد اشتراک داشتند که هیچ مرز مشخصی بین فضای درونی تصور (واقعیت ذهنی) با فضای برونی (واقعیت عینی) وجود ندارد. در واقع فضای درونی و ذهنی رویاها، اساطیر و افسانه‌ها با دنیای واقعی روزمره ترکیب شده بود. آنچه بیش از هر چیز در فضای اساطیری توجه را به خود معطوف می‌کند، جنبه ساختی و نظام یافته فضاست، ولی این فضای نظام یافته مربوط به نوعی صورت اساطیری است که برخاسته از تخیل آفریننده میباشد .
در زبان یونانیان باستان، واژه‌ای برای فضا وجود نداشت. آنها بجای فضا از لفظ مابین استفاده می‌کردند. فیلسوفان یونان فضا را شیء بازتاب می‌خواندند.
پارمیندز (Parmenides) وقتی که دریافت، فضای به این صورت را نمی‌توان تصور کرد، آن را بدین دلیل که وجود خارجی ندارد، به عنوان حالتی ناپایدار معرفی کرد.
لوسیپوس (Leucippos) نیز فضا را اگرچه از نظر جسمانی وجود خارجی ندارد، لیکن حقیقی تلقی نمود افلاطون مسئله را بیشتر از دیدگاه تیمائوس(Timaeus) بررسی کرد و از هندسه به عنوان علم الفضاء برداشت نمود، ولی آن را به ارسطو واگذاشت تا تئوری فضا)توپوز) را کامل کند.
از نظر ارسطو فضا مجموعه‌ای از مکان‌هاست. او فضا را به عنوان ظرف تمام اشیاء توصیف می‌نماید. ارسطو فضا را با ظرف قیاس می‌کند و آن را جایی خالی می‌داند که بایستی پیرامون آن بسته باشد تا بتواند وجود داشته باشد و در نتیجه برای آن نهایتی وجود دارد. در حقیقت برای ارسطو فضا محتوای یک ظرف بود.
لوکریتوس (Lucretius) نیز با اتکاء به نظریات ارسطو، از فضا با عنوان خلاء یاد نمود. او می‌گوید: همه کائنات بر دو چیز مبتنی است: اجرام و خلاء، که این اجرام در خلاء مکانی مخصوص به خود را دارا بوده و در آن در حرکت‌اند.
بعدها تئوری های مربوط به فضا بر اساس هندسه اقلیدسی بیان می‌شد، بطوری‌که مشخصه تفکر یونانیان در مورد فضا در تفکرات اقلیدس یا هندسه اقلیدسی قابل مشاهده است. اقلیدس با جمع آوری کلیه قضایای مربوط به هندسه در میان مصری‌ها، بابلی‌ها و هندوها علم جدید هندسه را پایه‌گذاری نمود که سیستمی مبتنی بر انتزاع ذهنی بود. فضای اقلیدسی فضایی یکسان، همگن و پیوسته بود که در آن هیچ چاله، برآمدگی یا انحنایی وجود نداشت. فضای اقلیدسی، فضایی قابل اندازه‌گیری بود .
با توجه به آنچه گفته شد، در یونان و بطور کلی در عهد باستان دو نوع تعریف برای فضا مبتنی بر دو گرایش فکری قابل بررسی است:
تعریف افلاطونی که فضا را همانند یک هستی ثابت و از بین نرفتنی می‌بیند که هرچه بوجود آید، داخل این فضا جای دارد
تعریف ارسطویی که فضا را به عنوان Topos یا مکان بیان می‌کند و آن را جزئی از فضای کلی‌تر می‌داند که محدوده آن با محدوده حجمی که آن را در خود جای داده است، تطابق دارد.
تعریف افلاطون موفقیت بیشتری از تعریف ارسطو در طول تاریخ پیدا کرد و در دوره رنسانس با تعاریف نیوتن تکمیل شد و به مفهوم فضای سه‌بعدی و مطلق و متشکل از زمان و کالبدهایی که آن را پر می‌کنند، درآمد جیوردانو برونو (Giordano Bruno) در قرن شانزدهم با استناد به نظریه کپرنیک، نظریه‌هایی در مقابل نظریه ارسطو عنوان کرد. به عقیده او فضا از طریق آنچه در آن قرار دارد (جداره ها)، درک می شود و به فضای پیرامون یا فضای مابین تبدیل می‌گردد. فضا مجموعه‌ای است از روابط میان اشیاء و آن گونه که ارسطو بیان داشته است حتماً نمی بایست که از همه سمت محصور و همواره نهایتی داشته باشد.
در اواخر قرون وسطی و رنسانس، مجدداً مفهوم فضا بر اساس اصول اقلیدسی شکل گرفت. در عالم هنر، جیوتو نقش مهمی را در تحول مفهوم فضا ایفا کرد، بطوری‌که او با کاربرد پرسپکتیو بر مبنای فضای اقلیدسی، شیوه جدیدی برای سازمان دهی و ارائه فضا ایجاد کرد.
با ظهور دوره رنسانس، فضای سه‌بعدی به عنوان تابعی از پرسپکتیو خطی معرفی گردید که باعث تقویت برخی از مفاهیم فضایی قرون وسطی و حذف برخی دیگر شد. پیروزی این شکل جدید از بیان فضا باعث توجه به وجود اختلاف بین جهان بصری و میدان بصری و بدین ترتیب تمایز بین آنچه بشر از وجود آن آگاه است و آنچه می‌بیند، شد .
در قرون هفدهم و هجدهم، تجربه‌گرایی باروک و رنسانس، مفهوم پویاتری از فضا را بوجود آورد که بسیار پیچیده‌تر و سازماندهی آن مشکل‌تر بود. بعد از رنسانس به تدریج مفاهیم متافیزیکی فضا از مفاهیم مکانی و فیزیکی آن جدا و بیشتر به جنبه‌های متافیزیکی آن توجه شد، ولی برعکس در زمینه‌های علمی، مفهوم مکانی فضا پررنگ‌تر گشت .