Espacio (Física)

Espacio físico
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Concepto:Es el área donde se encuentran los objetos y en el que los eventos que ocurren tienen una posición y dirección relativas.

Espacio físico. Es el área donde se encuentran los objetos y en el que los eventos que ocurren tienen una posición y dirección relativa. El espacio físico es habitualmente concebido con tres dimensiones lineales, aunque los físicos modernos usualmente lo consideran, con el tiempo, como de cuatro dimensiones y lo denominan espacio-tiempo.

Definiciones

El espacio ya fue definido por Aristóteles, como aquello que es implicado por los cuerpos, o sea, el lugar que ocupan éstos, su límite inmóvil, siendo la suma de los espacios ocupados por los cuerpos, el espacio total, eliminando el concepto de vacío. Todo espacio contenía un cuerpo. Fue una de las categorías Kantianas a priori junto con el tiempo, que daban forma a la materia sensible. Newton acercó el concepto de espacio como sustancia inmaterial, inmóvil e infinita donde los objetos materiales flotaban.

Los cuerpos físicos observables se sitúan entonces, en un medio universal que recibe el nombre de espacio.

Muchas veces se hace referencia al espacio, como al universo exterior, fuera de la atmósfera terrestre, considerándolo como infinito. Así cuando se habla de astronautas que viajan al espacio, se hace alusión a esta acepción.

También se usa en astronomía el término para considerar la distancia entre galaxias (espacio intergaláctico) o entre estrellas (espacio interestelar).

La geometría espacial es una rama de la geometría cuyo objeto de estudio son las figuras geométricas, en cuanto a sus medidas y propiedades en el espacio tridimensional. La rama de la matemática que estudia el espacio vectorial o lineal se denomina álgebra lineal.

  • Se llama espacio aéreo al lugar en la atmósfera, donde las aeronaves circulan, perteneciente al estado que sobrevuelan.
  • Se llama espacio urbano al ocupado por ciudades, y espacio rural donde se desarrollan las labores agropecuarias.
  • Espacio público comprende los lugares que pueden usar todos los pobladores, pues pertenecen al populus o pueblo, como una plaza.
  • Espacio radial, gráfico o televisivo, es el que disponen los comunicadores para expresar sus ideas.
  • Se denomina en física, espacio–tiempo, a las cuatro dimensiones, tres de ellas espaciales, y una temporal, en la que los acontecimientos se consideran en forma matemática, llamándose suceso a un punto en el espacio-tiempo.

Espacio–tiempo

Artículo principal: Espacio-tiempo

Espacio–tiempo de Eisnten

De acuerdo con la Teoría de la Relatividad, el espacio–tiempo es la entidad geométrica en la cual se desarrollan todos los eventos físicos del Universo. Parte, del supuesto estado de movimiento del observador y sus consecuencias, que se traduce en la diferencia relativa entre componentes espaciales y temporales.

En el espacio tridimensional, se requieren tres coordenadas espaciales, es decir cada uno de sus puntos puede ser localizado especificando tres números dentro de un cierto rango (anchura, longitud y profundidad).

Plano tridimensional

Para la Física clásica (Newton) el tiempo es una coordenada independiente de las coordenadas espaciales y es una magnitud idéntica para cualquier observador. Este concepto se puso en duda a principios del siglo XX y Einstein propuso como solución considerar como postulado la constancia de la velocidad de la luz y prescindir de la noción del tiempo como una coordenada independiente.

En la Teoría de la Relatividad, espacio y tiempo tienen carácter relativo o convencional, dependiendo del estado de movimiento del observador. Varias comprobaciones se han hecho de la Teoría, una de ellas se realizó utilizando dos relojes atómicos de elevada precisión, inicialmente sincronizados, uno de los cuales se mantuvo fijo mientras que el otro fue transportado en un avión. Al regresar del viaje se constató que mostraban una leve diferencia de 184 nanosegundos, habiendo transcurrido "el tiempo" más lentamente para el reloj en movimiento.

Evolución del concepto de espacio

Euclides trazando figuras geométricas

El espacio clásico es homogéneo, continuo, indefinidamente divisible, físicamente inactivo, independiente del tiempo, de la materia y del movimiento, y tiene tres dimensiones. El hecho de suponerlo infinito dio origen, en el siglo XIX, a la paradoja de Olbers según la cual no puede existir la noche. La solución a esta paradoja la dio el Universo finito de Einstein. Al espacio clásico se le llama euclídeo porque corresponde a la Geometría de Euclides, que hasta el siglo XIX se creyó que era la única geometría posible.

Dos cualidades muy importantes de este espacio es que es capaz de expansionarse y contraerse sin cambiar de forma o salirse del mismo, cosa que no le sucede, por ejemplo, a una superficie esférica. La otra cualidad es la que se pudiera llamar isotopía, que consiste en que el espacio es visto de la misma manera, cualquiera que sea la posición del observador en el espacio.

El tiempo clásico es homogéneo, uniforme, continuo e indefinidamente divisible, independiente del espacio y de la materia, tiene una sola dimensión y se distingue del espacio en que está orientado. Antes de que surgiese la Teoría de la Relatividad, desde que se descubrió la radiactividad, apareció un tiempo microscópico aleatorio, el intervalo de tiempo entre las desintegraciones de dos átomos radiactivos es aleatorio, pero microscópicamente reaparece la incertidumbre del tiempo, debido a un proceso matemático denominado convergencia en probabilidad, y así la desintegración de la mitad de un cuerpo radiactivo no tarda un tiempo aleatorio, sino, un tiempo cierto, para mayor exactitud, la suma de un tiempo cierto y de un tiempo aleatorio infinitesimal, prácticamente es igual a cero.

Con Einstein se rompen estos viejos esquemas conceptuales y puede hablarse con razón del espacio y del tiempo antes y después de Einstein. En la Teoría de la Relatividad Restringida, la primera más sencilla, el espacio y el tiempo no son independientes, sino que forman un continuo tetradimensional, de modo que los puntos ("átomos" del espacio) y los instantes ("átomos" del tiempo) se funden en los sucesos, formados por la asociación de un punto y de un instante. Se abandonan los conceptos clásicos de pasado y futuro, por otros nuevos y un tercer concepto, sin homólogo clásico, que es el tiempo que transcurre en otro lugar del espacio. El espacio y el tiempo siguen siendo físicamente inactivos y su estructura métrica se llama pseudoeuclídea, que es entre todas las no euclídeas la más parecida a ésta.

La Teoría de la Relatividad Restringida es el puente entre la Ciencia Clásica y la Relatividad General, matemática y conceptualmente más complicada. En esta última el espacio, el tiempo y la materia dejan de ser independientes, los dos primeros son físicamente activos. La materia configura la estructura del espacio–tiempo, el universo ya no es plano ni infinito sino curvo y finito, su geometría ya no es la euclídea. Surgen nuevos fenómenos físicos, no concebibles para los clásicos, entre ellos el espacio ya no es estático, sino que es dinámico, está en expansión, y como esta expansión no puede realizarse sin salirse del mismo, hay que sumergirlo en un espacio euclídeo ficticio de cuatro dimensiones.

Aspectos psicológicos relacionados con el espacio

Los psicólogos comenzaron por primera vez a estudiar cómo se percibe el espacio en la mitad del siglo XIX. Todo lo concerniente a esos estudios es ahora una rama de la psicología. Los psicólogos analizan la percepción del espacio en relación a cómo se reconoce un objeto físico o se perciben sus interacciones.

Estudios más especializados incluyen la percepción amodal y la permanencia de los objetos. La percepción de los alrededores es importante debido a su relevancia necesaria para la supervivencia, especialmente con respecto a la caza y la autoconservación así como para la idea del espacio personal.

Se han encontrado fobias relacionadas con el espacio, incluyendo la agorafobia (el miedo a los espacios abiertos), la astrofobia (el miedo al espacio celeste) y la claustrofobia (el miedo a los espacios cerrados).

Medición espacial

La medición del espacio físico ha sido importante desde hace mucho tiempo. Aunque las sociedades anteriores se habían desarrollado sistemas de medición, el Sistema Internacional de Unidades, (SI), es ahora el más comúnmente utilizado en la medición del espacio, y es casi universalmente utilizado dentro de la ciencia.

En la actualidad, el intervalo de espacio estándar, llamado metro patrón o simplemente metro, es definido como la distancia recorrida por la luz en el vacío durante un intervalo de exactamente 1 / 299.792.458 de segundo.

Esta definición, junto con la definición actual de segundo, se basa en la Teoría de la Relatividad Especial en la cual la velocidad de la luz desempeña el rol de una constante fundamental de la naturaleza.

Fuentes