Spațiu-timp
Spațiu-timp este un model matematic care reunește spațiul și timpul într-o singură idee numită continuum. Acest continuum cvadridimensional este cunoscut sub numele de spațiu Minkowski.
Combinarea acestor două idei a ajutat cosmologia să înțeleagă cum funcționează universul la nivel mare (de exemplu, galaxiile) și la nivel mic (de exemplu, atomii).
În mecanica clasică nerelativistă, utilizarea spațiului euclidian în loc de spațiu-timp este bună, deoarece timpul este tratat ca fiind universal, cu o rată de trecere constantă, care este independentă de starea de mișcare a unui observator.
Dar, într-un univers relativist, timpul nu poate fi separat de cele trei dimensiuni ale spațiului. Acest lucru se datorează faptului că viteza observată cu care trece timpul depinde de viteza unui obiect în raport cu observatorul. De asemenea, intensitatea oricărui câmp gravitațional încetinește trecerea timpului pentru un obiect, așa cum este văzut de un observator aflat în afara câmpului.
O ilustrare a curburii spațiu-timp cauzate de Pământ.
Alte aspecte
Oriunde există materie, aceasta curbează geometria spațiu-timpului. Acest lucru are ca rezultat o formă curbată a spațiu-timpului care poate fi înțeleasă ca gravitație. Liniile albe din imaginea din dreapta reprezintă efectul masei asupra spațiu-timpului.
În mecanica clasică, utilizarea spațiu-timpului este opțională, deoarece timpul este independent de mișcare în cele trei dimensiuni ale spațiului euclidian. Cu toate acestea, atunci când un corp se deplasează cu viteze apropiate de viteza luminii (viteze relativiste), timpul nu poate fi separat de cele trei dimensiuni ale spațiului. Timpul, din punctul de vedere al unui observator staționar, depinde de cât de aproape de viteza luminii se deplasează obiectul.
Analogia bidimensională a distorsiunii spațiu-timp
Origine istorică
Mulți oameni fac legătura între spațiu-timp și Albert Einstein, care a propus relativitatea specială în 1905. Cu toate acestea, profesorul lui Einstein, Hermann Minkowski, a fost cel care a sugerat spațiul-timp, într-un eseu din 1908. Conceptul său de spațiu Minkowski este cea mai veche tratare a spațiului și a timpului ca două aspecte ale unui întreg unificat, ceea ce reprezintă esența relativității restrânse. El a sperat că această nouă idee va clarifica teoria relativității restrânse.
Spațiul-timp Minkowski este precis doar pentru a descrie viteza constantă. Totuși, Einstein a fost cel care a descoperit curbura spațiu-timpului (gravitația) în relativitatea generală. În relativitatea generală, Einstein a generalizat spațiul-timp Minkowski pentru a include efectele accelerației. Einstein a descoperit că curbura din reprezentarea sa 4-dimensională a spațiului-timp era de fapt cauza gravitației.
Cea de-a treisprezecea ediție a Enciclopediei Britannica din 1926 includea un articol al lui Einstein intitulat "spațiu-timp".
Context literar
Edgar Allan Poe a scris un eseu despre cosmologie intitulat Eureka (1848), în care spunea că "spațiul și durata sunt una". Acesta este primul caz cunoscut în care se sugerează că spațiul și timpul sunt percepții diferite ale aceluiași lucru. Poe a ajuns la această concluzie după aproximativ 90 de pagini de raționament, dar nu a folosit nicio matematică.
În 1895, H.G. Wells scria în romanul său "Mașina timpului": "Nu există nicio diferență între timp și oricare dintre cele trei dimensiuni ale spațiului, cu excepția faptului că conștiința noastră se mișcă de-a lungul lui". El a adăugat: "Oamenii de știință... știu foarte bine că timpul este doar un fel de spațiu".
Spațiu-timp în mecanica cuantică
În relativitatea generală, spațiu-timpul este considerat ca fiind neted și continuu. Cu toate acestea, în teoria mecanicii cuantice, spațiu-timpul nu este întotdeauna continuu.
Pagini conexe
- Dimensiune
- Colector
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este spațiul-timp conform textului?
R: Spațiu-timp este un model matematic care conectează spațiul și timpul, formând un continuum cvadridimensional cunoscut sub numele de spațiu Minkowski.
Î: Cum a ajutat cosmologia combinarea spațiului și timpului?
R: Combinarea spațiului și a timpului a permis cosmologiei să înțeleagă mai bine modul în care funcționează universul atât la nivel mare, cum ar fi galaxiile, cât și la nivel mic, cum ar fi atomii.
Î: De ce este bună utilizarea spațiului euclidian în locul spațiului-timp în mecanica clasică non-relativistă?
R: În mecanica clasică nerelativistă, utilizarea spațiului euclidian este bună deoarece timpul este tratat ca fiind universal, cu o rată constantă de trecere care este independentă de starea de mișcare a observatorului.
Î: De ce este timpul inseparabil de cele trei dimensiuni ale spațiului într-un univers relativist?
R: Timpul nu poate fi separat de cele trei dimensiuni ale spațiului într-un univers relativist, deoarece rata observată de trecere a timpului depinde de viteza unui obiect în raport cu observatorul.
Î: Cum afectează intensitatea unui câmp gravitațional trecerea timpului pentru un obiect?
R: Intensitatea oricărui câmp gravitațional încetinește trecerea timpului pentru un obiect, așa cum este văzut de un observator aflat în afara câmpului.
Î: Cum se numește continuumul cvadridimensional care unește spațiul și timpul?
R: Continuitatea cvadridimensională care unește spațiul și timpul se numește spațiul Minkowski.
Î: Cum a ajutat cosmologia la înțelegerea universului prin combinarea spațiului și timpului?
R: Combinația dintre spațiu și timp a ajutat cosmologia să înțeleagă mai bine funcționarea universului, inclusiv la nivel mare, cum ar fi galaxiile, și la nivel mic, cum ar fi atomii.
