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絶対空間と絶対時間は、宇宙の性質に関する物理学および哲学の概念である。物理学においては、絶対空間と絶対時間は好ましい枠組みとなる場合がある。
絶対空間の概念（優先フレームという意味で）は、アリストテレス物理学に見られる。[ 1 ]ロバート・S・ウェストマンは、コペルニクスの『天球回転論』に絶対空間の「かすかな兆候」が見られると述べており、そこではコペルニクスは星の不動の球体の概念を用いている。[ 2 ]
元々はアイザック・ニュートン卿が『自然哲学の数学的原理』で提唱した絶対時間と絶対空間の概念は、ニュートン力学を容易にする理論的基盤を提供した。[ 3 ]ニュートンによれば、絶対時間と絶対空間はそれぞれ客観的現実の独立した側面である。[ 4 ]
絶対的、真の、数学的な時間は、それ自体で、またその本質から、外部の何物にも左右されずに均等に流れ、別の言い方をすれば持続時間と呼ばれる。一方、相対的、見かけ上の、一般的な時間は、運動という手段によって測定される、感覚的に理解できる外部的な（正確か不均等かは別として）持続時間の尺度であり、真の時間の代わりに一般的に用いられるものである。
ニュートンによれば、絶対時間は知覚者とは無関係に存在し、宇宙全体で一定の速度で進行する。相対時間とは異なり、絶対時間は知覚不可能であり、数学的にしか理解できないとニュートンは考えていた。ニュートンによれば、人間が知覚できるのは相対時間だけであり、それは（月や太陽のような）動いている知覚可能な物体の測定値である。私たちはこれらの動きから時間の経過を推測する。
絶対空間は、その本質において、外部のいかなるものにも左右されず、常に不変である。相対空間とは、絶対空間の可動的な次元または尺度であり、私たちの感覚は物体に対する位置によってそれを決定し、一般に不動空間とみなされている。絶対運動とは、物体がある絶対的な場所から別の絶対的な場所へ移動することであり、相対運動とは、ある相対的な場所から別の相対的な場所へ移動することである。
—アイザック・ニュートン
これらの概念は、絶対空間と絶対時間は物理的な出来事に依存するのではなく、物理現象が発生する背景または舞台設定であることを示唆しています。したがって、すべての物体は絶対空間に対して絶対的な運動状態を持ち、物体は絶対的に静止しているか、何らかの絶対速度で動いているかのどちらかでなければなりません。[ 5 ]ニュートンは、自身の見解を支持するためにいくつかの経験的例を示しました。ニュートンによれば、孤立した回転球は、その赤道の膨らみを観察することによって、絶対空間に対してその軸を中心に回転していると推測でき、ロープで結ばれた孤立した一対の球は、ロープの張力を観察することによって、その重心（重心）を中心に絶対的に回転していると推測できます。
歴史的に、絶対空間と絶対時間の概念については様々な見解がありました。ゴットフリート・ライプニッツは、空間は物体の相対的な位置として以外には意味がなく、時間は物体の相対的な運動として以外には意味がないと考えていました。[ 6 ]ジョージ・バークレーは、基準点がないため、それ以外は空っぽの宇宙にある球体は回転することはできないと考え、一対の球体は互いに相対的に回転することはできるが、重心を中心に回転することはできないと考えました。[ 7 ]これは後にアルバート・アインシュタインが一般相対性理論を発展させる際に挙げた例です。
これらの反論のより新しい形は、エルンスト・マッハによって提起された。マッハの原理は、力学は完全に物体の相対運動に関するものであり、特に質量はそのような相対運動の表現であると提唱している。したがって、例えば、他の物体が存在しない宇宙における単一の粒子は、質量がゼロとなる。マッハによれば、ニュートンの例は、球体と宇宙全体の相対回転を示しているにすぎない。[ 8 ]
したがって、物体が空間内で方向と速度を不変に保つと言うとき、私たちの主張は宇宙全体への簡略化された言及に他ならない。—エルンスト・マッハ[ 9 ]
絶対的な空間と時間に反対するこれらの見解は、現代的な観点から見ると、空間と時間に対する操作的な定義を導入しようとする試みと見なすことができ、この視点は特殊相対性理論において明確に示されている。
ニュートン力学の枠組みの中でも、現代の見解では絶対空間は不要である。代わりに、慣性系の概念が優先され、つまり、互いに等しく運動する好ましい参照系のセットが採用されている。物理法則はガリレオ相対性理論に従ってある慣性系から別の慣性系へと変換され、ミルティン・ブラゴイェヴィッチが概説したように、絶対空間に対する次のような反論につながる。[ 10 ]
- 絶対空間の存在は、古典力学の内部論理と矛盾する。なぜなら、ガリレオの相対性原理によれば、どの慣性系も個別に特定することはできないからである。
- 絶対空間は慣性力を説明するものではない。なぜなら、慣性力はいずれかの慣性系に対する加速度に関係しているからである。
- 絶対空間は、物理的な物体に加速度に対する抵抗を生じさせることによって作用するが、絶対空間自体に作用することはできない。
ニュートン自身も慣性系の役割を認識していた。[ 11 ]
ある空間に含まれる物体の運動は、その空間が静止しているか、直線的に等速で前進しているかに関わらず、互いに同じである。
実際問題として、慣性系は固定星に対して一様に運動する系として扱われることが多い。[ 12 ]これについては慣性系の参照を参照のこと。
ニュートン力学で理解される空間は、固定された向きを持つ3次元ユークリッド空間である。これはE3で表される。E3内の点Oを原点として固定すると、E3内の任意の点Pの位置は、その半径ベクトルによって一意に決定される。（このベクトルの始点は点Oと一致し、終点は点Pと一致します。）3 次元線形ベクトル空間R 3は、すべての半径ベクトルの集合です。空間R 3には、スカラー積⟨ 、 ⟩が備わります。
時間は空間E 3全体で同じスカラーであり、 tで表される。順序付けられた集合{ t } は時間軸と呼ばれる。
運動（経路または軌跡とも呼ばれる）は、時間軸から区間Δ内の点をR 3内の位置（半径ベクトル）にマッピングする関数r : Δ → R 3です。
上記の4つの概念は、アイザック・ニュートンが著書『プリンキピア』で言及した「よく知られた」対象である。
物理理論において、空間と時間の概念は、特殊相対性理論の登場以前は別個のものと考えられていた。特殊相対性理論は両者を結びつけ、どちらも基準系の運動に依存することを示した。アインシュタインの理論では、絶対時間と絶対空間の概念は、特殊相対性理論における時空の概念、そして一般相対性理論における曲がった時空の概念に取って代わられた。
絶対的同時性とは、空間の異なる場所で時間的に出来事が、すべての参照系で合意された方法で同時に起こることを指します。相対性理論には絶対時間の概念はありません。なぜなら、同時性には相対性があるからです。ある参照系で別の出来事と同時である出来事は、別の参照系ではその出来事の過去または未来にある可能性があり、[ 6 ] : 59これは絶対的同時性を否定します。
アインシュタインは後期の論文から引用して、エーテルという用語を「空間の性質」と同一視したが、この用語は広く使われているものではない。アインシュタインは、一般相対性理論では「エーテル」はもはや絶対的なものではなく、測地線、ひいては時空の構造は物質の存在に依存すると述べた。[ 14 ]
エーテルを否定することは、究極的には空虚な空間には物理的性質が全く存在しないと仮定することに等しい。力学の根本的な事実は、この見解とは相容れない。なぜなら、空虚な空間に自由に浮かぶ物体系の力学的挙動は、相対的な位置（距離）と相対的な速度だけでなく、回転状態にも依存するからである。回転状態は、物理的には、物体系自体に固有の特性ではないと考えられる。ニュートンは、少なくとも形式的には、物体系の回転を実在するものとみなすために、空間を客観化した。彼は絶対空間を実在するものと同列に扱っているため、彼にとって絶対空間に対する回転もまた実在するものなのである。ニュートンは、自身の絶対空間を「エーテル」と呼んでもよかっただろう。重要なのは、観察可能な物体に加えて、知覚できない別のものを実在するものとみなすことで、加速度や回転を実在するものとみなせるようになるということである。
—アルベルト・アインシュタイン、『エーテルと相対性理論』（1920年）[ 15 ]
エーテル内の異なる場所における同時状態を絶対的な意味で語ることがもはや不可能になったため、エーテルは、いわば4次元になった。なぜなら、時間のみによってその状態を客観的に順序付ける方法はなかったからである。特殊相対性理論によれば、エーテルは絶対的であった。なぜなら、慣性や光の伝播に対するエーテルの影響は、物理的な影響とは独立していると考えられていたからである。…相対性理論は、慣性効果と重力効果を分離したものとはみなさない測地線の法則によって電気的に中性の点質量の挙動を確立することで、この問題を解決した。そうすることで、エーテルには点ごとに変化する特性が付与され、物質点の計量と動的挙動が決定され、それらは今度は物理的要因、すなわち質量/エネルギーの分布によって決定される。したがって、一般相対性理論のエーテルは、古典力学や特殊相対性理論のエーテルとは異なり、「絶対的」ではなく、その局所的に変化する特性において、重量のある物質によって決定される。
—アルバート・アインシュタイン、ユーバー・デン・エーテル (1924) [ 16 ]
特殊相対性理論は絶対時間を排除する（ただし、ゲーデルらは一般相対性理論のいくつかの形態では絶対時間が妥当である可能性があると疑っている）[ 17 ]。また、一般相対性理論は測地線の概念を通して絶対空間と絶対時間の物理的範囲をさらに縮小する。[ 6 ] : 207–223遠方の星に関しては、局所測地線が最終的にこれらの星からの情報を伝達するため、絶対空間が存在するように見えるが、どのシステムの物理に関しても絶対空間を持ち出す必要はない。なぜなら、そのシステムの局所測地線でその時空を記述するのに十分だからである。[ 18 ]
ウィキメディア・コモンズにある絶対空間と絶対時間に関するメディア