Пространство-време
Пространство-времето е математически модел, който обединява пространството и времето в една идея, наречена континуум. Този четириизмерен континуум е известен като пространство на Минковски.
Комбинирането на тези две идеи помогна на космологията да разбере как функционира Вселената на голямо ниво (например галактики) и на малко ниво (например атоми).
В нерелативистката класическа механика използването на евклидово пространство вместо пространство-време е добро, защото времето се разглежда като универсално с постоянна скорост на протичане, която не зависи от състоянието на движение на наблюдателя.
Но в една релативистична вселена времето не може да бъде отделено от трите измерения на пространството. Това е така, защото скоростта, с която времето тече, зависи от скоростта на обекта спрямо наблюдателя. Освен това силата на гравитационното поле забавя хода на времето за даден обект, наблюдаван от наблюдател извън полето.
Илюстрация на изкривяването на пространство-времето, причинено от Земята.
Други аспекти
Където и да съществува материя, тя огъва геометрията на пространство-времето. Това води до изкривяване на пространство-времето, което може да се разбира като гравитация. Белите линии на картинката вдясно представляват ефекта на масата върху пространство-времето.
В класическата механика използването на пространство-време не е задължително, тъй като времето не зависи от движението в трите измерения на Евклидовото пространство. Когато обаче едно тяло се движи със скорост, близка до скоростта на светлината (релативистични скорости), времето не може да бъде отделено от трите измерения на пространството. От гледна точка на неподвижен наблюдател времето зависи от това колко близо до скоростта на светлината се движи обектът.
Двуизмерна аналогия на изкривяването на пространство-времето
Исторически произход
Много хора свързват пространство-времето с Алберт Айнщайн, който през 1905 г. предлага специалната теория на относителността. Въпреки това учителят на Айнщайн, Херман Минковски, предлага пространство-времето в есе от 1908 г. Неговата концепция за пространството на Минковски е най-ранното разглеждане на пространството и времето като два аспекта на едно цяло, което е същността на специалната теория на относителността. Той се надява, че тази нова идея ще изясни теорията на специалната теория на относителността.
Пространството-време на Минковски е точно само за описание на постоянна скорост. Айнщайн обаче е този, който открива кривината на пространство-времето (гравитацията) в общата теория на относителността. В общата теория на относителността Айнщайн обобщава пространство-времето на Минковски, за да включи ефекта на ускорението. Айнщайн открива, че кривината в неговото четириизмерно пространство-време всъщност е причината за гравитацията.
В тринадесетото издание на Енциклопедия Британика от 1926 г. е включена статия на Айнщайн, озаглавена "пространство-време".
Литературна предистория
Едгар Алън По пише есе по космология, озаглавено "Еврика" (1848 г.), в което казва, че "пространството и продължителността са едно". Това е първият известен случай на предположение, че пространството и времето са различни възприятия за едно и също нещо. По стига до това заключение след около 90 страници разсъждения, но не използва математика.
През 1895 г. в романа си "Машината на времето" Х. Г. Уелс пише: "Няма никаква разлика между времето и всяко от трите измерения на пространството, освен че съзнанието ни се движи по него". Той добавя: "Научните хора... знаят много добре, че Времето е само вид Пространство".
Пространственото време в квантовата механика
В общата теория на относителността пространство-времето се разглежда като гладко и непрекъснато. В теорията на квантовата механика обаче пространство-времето не винаги е непрекъснато.
Свързани страници
- Размери
- Колектор
Въпроси и отговори
Въпрос: Какво представлява пространство-времето според текста?
О: Пространство-времето е математически модел, който свързва пространството и времето, образувайки четириизмерен континуум, известен като пространство на Минковски.
Въпрос: С какво обединяването на пространството и времето е помогнало на космологията?
О: Комбинирането на пространството и времето е позволило на космологията да разбере по-добре как функционира Вселената както на голямо ниво, като галактиките, така и на малко ниво, като атомите.
Въпрос: Защо в нерелативистката класическа механика е добре да се използва евклидово пространство вместо пространство-време?
О: В нерелативистката класическа механика използването на евклидово пространство е добро, защото времето се разглежда като универсално с постоянна скорост на протичане, която не зависи от състоянието на движение на наблюдателя.
Въпрос: Защо времето е неотделимо от трите измерения на пространството в една релативистка вселена?
О: Времето не може да бъде отделено от трите измерения на пространството в релативистична вселена, защото наблюдаваната скорост на протичане на времето зависи от скоростта на обекта спрямо наблюдателя.
Въпрос: Как силата на гравитационното поле влияе на времето, което тече за даден обект?
О: Силата на всяко гравитационно поле забавя времето за даден обект, както го вижда наблюдател извън полето.
В: Как се нарича четириизмерният континуум, който свързва пространството и времето?
О: Четириизмерният континуум, който свързва пространството и времето, се нарича пространство на Минковски.
В: Как комбинацията от пространство и време е помогнала на космологията да разбере Вселената?
О: Комбинацията от пространство и време е помогнала на космологията да разбере по-добре функционирането на Вселената, включително както на голямо ниво, като галактиките, така и на малко ниво, като атомите.
