Laiko erdvės audinys yra koncepcinis modelis, sujungiantis tris erdvės dimensijas ir ketvirtąją laiko dimensiją. Remiantis geriausiomis dabartinėmis fizinėmis teorijomis, erdvės laikas paaiškina neįprastus reliatyvistinius efektus, atsirandančius keliaujant šviesos greičiu, taip pat masyvių objektų judėjimą visatoje.
Kas atrado erdvės laiką?
Garsus fizikas Albertas Einšteinas padėjo plėtoti erdvės-laiko idėją kaip savo reliatyvumo teorijos dalį. Prieš pradedant novatorišką darbą, mokslininkai turėjo dvi atskiras teorijas fiziniams reiškiniams paaiškinti: Isaaco Newtono fizikos dėsniai aprašė masinių objektų judėjimą, o Džeimso Clerko Maxwello elektromagnetiniai modeliai paaiškino šviesos savybes, teigia NASA.
Tačiau XIX amžiaus pabaigoje atlikti eksperimentai leido manyti, kad šviesoje yra kažkas ypatingo. Matavimai parodė, kad šviesa visada važiavo tuo pačiu greičiu, nesvarbu. O 1898 m. Prancūzų fizikas ir matematikas Henri Poincaré spėliojo, kad šviesos greitis gali būti nepralenkiama riba. Maždaug tuo pačiu metu kiti tyrėjai svarstė galimybę, kad objektų dydis ir masė pasikeitė priklausomai nuo jų greičio.
Einšteinas sujungė visas šias idėjas savo 1905 m. Specialiojo reliatyvumo teorijoje, kurioje teigiama, kad šviesos greitis buvo pastovus. Kad tai būtų tiesa, erdvę ir laiką reikėjo sujungti į vieną sistemą, kurios konspiracija siekė, kad šviesos greitis būtų vienodas visiems stebėtojams.
Žmogus, dirbantis ypač greita raketa, matuos laiką, kad judėtų lėčiau, o daiktų ilgis būtų trumpesnis, palyginti su asmeniu, keliaujančiu daug lėtesniu greičiu. Taip yra todėl, kad erdvė ir laikas yra santykinės - jos priklauso nuo stebėtojo greičio. Bet šviesos greitis yra svarbesnis nei vienas.
Išvada, kad erdvė-laikas yra vienas audinys, nebuvo tokia, kurią pasiekė Einšteinas. Ši idėja kilo vokiečių matematikui Hermannui Minkowskiui, kuris 1908 m. Kalbėtame pranešime sakė: „Erdvė savaime ir laikas pats savaime yra pasmerkti išnykti į paprastus šešėliai ir tik tam tikra šių dviejų sąjunga išsaugos nepriklausomą tikrovę. . “
Jo aprašytas erdvės laikas vis dar žinomas kaip Minkowskio erdvės laikas ir naudojamas kaip reliatyvumo ir kvantinio lauko teorijos skaičiavimų fonas. Anot astrofiziko ir mokslo rašytojo Ethano Siegelio, subatominių dalelių dinamika apibūdinama kaip laukai.
Kaip veikia erdvė-laikas
Šiais laikais, kai žmonės kalba apie erdvės laiką, jie dažnai apibūdina jį kaip primenantį gumos lakštą. Tai taip pat kyla iš Einšteino, kuris, sukūręs savo bendrojo reliatyvumo teoriją, suprato, kad gravitacijos jėga atsirado dėl kreivių erdvės-laiko audinyje.
Masyvūs objektai, tokie kaip Žemė, saulė ar jūs, erdvės laike sukuria iškraipymus, dėl kurių ji gali pasilenkti. Šios kreivės, savo ruožtu, supranta būdus, kuriais juda visa Visatoje, nes objektai turi eiti tokiais keliais išilgai šio vingiuoto kreivio. Judėjimas dėl gravitacijos iš tikrųjų yra judėjimas išilgai erdvės laiko posūkių.
NASA misija, pavadinta „Gravity Probe B“ (GP-B), 2011 m. Išmatavo erdvės-laiko sūkurio aplink Žemę formą ir nustatė, kad ji artimai atitinka Einšteino prognozes.
Tačiau daugumai žmonių tai darosi sunku apsivyti galvą. Nors erdvės laiką galime diskutuoti kaip panašų į gumos lakštą, analogija ilgainiui nutrūksta. Guminis lakštas yra dviejų matmenų, o erdvė-laikas yra keturių matmenų. Lapas vaizduoja ne tik metmenis erdvėje, bet ir metmenis. Sudėtingos lygtys, naudojamos visa tai apskaičiuoti, yra sudėtingos net ir fizikams.
„Einšteinas padarė gražią mašiną, tačiau jis tiksliai nepaliko mums vartotojo vadovo“, - „Live Science“ seserų svetainei „Space.com“ parašė astrofizikas Paulius Sutteris. "Vien tik važiuojant namo taškas, bendras reliatyvumas yra toks sudėtingas, kad kai kas nors atranda lygčių sprendimą, jis gauna jų vardu pavadintą sprendimą ir savaime tampa pusiau legendiniu."
Ko dar nežino mokslininkai
Nepaisant sudėtingumo, reliatyvumas išlieka geriausias būdas atsiskaityti už fizinius reiškinius, apie kuriuos žinome. Vis dėlto mokslininkai žino, kad jų modeliai yra neišsamūs, nes reliatyvumas vis dar nėra visiškai suderintas su kvantine mechanika, o tai nepaprastai tiksliai paaiškina subatominių dalelių savybes, tačiau neapima gravitacijos jėgos.
Kvantinė mechanika priklauso nuo to, kad maži visetą sudarantys bitai yra diskretiški arba kvantuoti. Taigi fotonai, dalelės, sudarančios šviesą, yra tarsi maži šviesos gabaliukai, esantys skirtingose pakuotėse.
Kai kurie teoretikai spėliojo, kad galbūt pats erdvės laikas taip pat patenka į šiuos kiekybiškai supjaustytus gabaliukus, padėdamas sujungti reliatyvumą ir kvantinę mechaniką. Europos kosmoso agentūros tyrėjai pasiūlė tarptautinę kosminės erdvės laiko kvantinių tyrinėjimų (GrailQuest) laboratorijos „Gama spindulių astronomijos laboratorija“, kuri skraidytų aplink mūsų planetą ir atliktų ypač tikslius tolimų, galingų sprogimų, vadinamų gama spindulių sprogimais, matavimus, kurie galėtų atskleisti artimą erdvės-laiko pobūdį.
Tokia misija nebūtų pradėta mažiausiai pusantro dešimtmečio, tačiau, jei ji būtų įgyvendinta, ji galbūt padėtų išspręsti keletą didžiausių fizikos paslapčių.
