Prostor-čas
Prostor-čas je matematični model, ki povezuje prostor in čas v enotno idejo, imenovano kontinuum. Ta štiridimenzionalni kontinuum je znan kot prostor Minkowskega.
Združitev teh dveh idej je kozmologiji pomagala razumeti delovanje vesolja na veliki (npr. galaksije) in mali ravni (npr. atomi).
V nerelativistični klasični mehaniki je uporaba evklidskega prostora namesto prostor-časa dobra, saj se čas obravnava kot univerzalen s konstantno hitrostjo teka, ki je neodvisna od stanja gibanja opazovalca.
Toda v relativističnem vesolju časa ni mogoče ločiti od treh dimenzij prostora. To je zato, ker je hitrost, s katero teče čas, odvisna od hitrosti predmeta glede na opazovalca. Poleg tega moč vsakega gravitacijskega polja upočasni tek časa za predmet, ki ga opazuje opazovalec zunaj polja.
Ilustracija ukrivljenosti prostor-časa, ki jo povzroča Zemlja.
Nadaljnji vidiki
Kjerkoli obstaja materija, upogiba geometrijo prostor-časa. Posledica tega je ukrivljena oblika prostor-časa, ki jo lahko razumemo kot gravitacijo. Bele črte na sliki na desni strani predstavljajo učinek mase na prostor-čas.
V klasični mehaniki je uporaba prostor-časa neobvezna, saj je čas neodvisen od gibanja v treh dimenzijah evklidskega prostora. Kadar pa se telo giblje s hitrostmi, ki so blizu hitrosti svetlobe (relativistične hitrosti), časa ni mogoče ločiti od treh razsežnosti prostora. Z vidika mirujočega opazovalca je čas odvisen od tega, kako blizu hitrosti svetlobe se giblje predmet.
Dvodimenzionalna analogija izkrivljanja prostora-časa
Zgodovinski izvor
Mnogi povezujejo prostor-čas z Albertom Einsteinom, ki je leta 1905 predlagal posebno teorijo relativnosti. Vendar je bil Einsteinov učitelj Hermann Minkowski tisti, ki je leta 1908 v eseju predlagal prostor-čas. Njegov koncept prostora Minkowskega je najzgodnejša obravnava prostora in časa kot dveh vidikov enotne celote, kar je bistvo posebne teorije relativnosti. Upal je, da bo ta nova zamisel pojasnila posebno teorijo relativnosti.
Prostorski čas Minkowskega je natančen le pri opisovanju konstantne hitrosti. Einstein je bil tisti, ki je v splošni teoriji relativnosti odkril ukrivljenost prostor-časa (gravitacijo). V splošni relativnosti je Einstein posplošil prostor-čas Minkowskega in vključil učinke pospeška. Einstein je odkril, da je ukrivljenost v njegovem štirirazsežnem prostoru-času pravzaprav vzrok gravitacije.
Leta 1926 je bil v trinajsti izdaji Encyclopedia Britannica objavljen Einsteinov članek z naslovom "prostor-čas".
Literarno ozadje
Edgar Allan Poe je napisal esej o kozmologiji z naslovom Eureka (1848), v katerem pravi, da sta "prostor in trajanje eno". To je prvi znani primer domneve, da sta prostor in čas različni zaznavi ene stvari. Poe je do tega zaključka prišel po približno 90 straneh razmišljanja, vendar ni uporabil nobene matematike.
Leta 1895 je H. G. Wells v svojem romanu Časovni stroj zapisal: "Med časom in vsemi tremi dimenzijami prostora ni nobene razlike, razen tega, da se naša zavest giblje po njem." Dodal je: "Znanstveniki dobro vedo, da je Čas le neke vrste Prostor".
Prostorski čas v kvantni mehaniki
V splošni teoriji relativnosti je prostor-čas gladek in zvezen. Vendar v teoriji kvantne mehanike prostor-čas ni vedno zvezen.
Sorodne strani
- Dimenzija
- Kolektor
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je v skladu z besedilom prostor-čas?
O: Prostor-čas je matematični model, ki povezuje prostor in čas ter tvori štiridimenzionalni kontinuum, znan kot prostor Minkowskega.
V: Kako je povezovanje prostora in časa pomagalo kozmologiji?
O: Združevanje prostora in časa je kozmologiji omogočilo boljše razumevanje delovanja vesolja tako na veliki ravni, kot so galaksije, kot na majhni ravni, kot so atomi.
V: Zakaj je v nerelativistični klasični mehaniki dobro uporabljati evklidski prostor namesto prostor-čas?
O: V nerelativistični klasični mehaniki je uporaba evklidskega prostora dobra, ker se čas obravnava kot univerzalen s konstantno hitrostjo teka, ki je neodvisna od stanja gibanja opazovalca.
V: Zakaj je v relativističnem vesolju čas neločljivo povezan s tremi dimenzijami prostora?
O: V relativističnem vesolju časa ni mogoče ločiti od treh razsežnosti prostora, ker je opazovana hitrost minevanja časa odvisna od hitrosti predmeta glede na opazovalca.
V: Kako moč gravitacijskega polja vpliva na potek časa za predmet?
O: Moč vsakega gravitacijskega polja upočasni tek časa za predmet, ki ga opazuje opazovalec zunaj polja.
V: Kako se imenuje štiridimenzionalni kontinuum, ki povezuje prostor in čas?
O: Štiridimenzionalni kontinuum, ki povezuje prostor in čas, se imenuje prostor Minkowskega.
V: Kako je kombinacija prostora in časa pomagala kozmologiji razumeti vesolje?
O: Kombinacija prostora in časa je kozmologiji pomagala bolje razumeti delovanje vesolja, tako na veliki ravni, kot so galaksije, kot tudi na mali ravni, kot so atomi.
