Χωροχρόνος
Ο χωροχρόνος είναι ένα μαθηματικό μοντέλο που ενώνει το χώρο και το χρόνο σε μια ενιαία ιδέα που ονομάζεται συνεχές. Αυτό το τετραδιάστατο συνεχές είναι γνωστό ως χώρος Μινκόφσκι.
Ο συνδυασμός αυτών των δύο ιδεών βοήθησε την κοσμολογία να κατανοήσει πώς λειτουργεί το σύμπαν στο μεγάλο επίπεδο (π.χ. γαλαξίες) και στο μικρό επίπεδο (π.χ. άτομα).
Στη μη σχετικιστική κλασική μηχανική, η χρήση του ευκλείδειου χώρου αντί του χωροχρόνου είναι καλή, επειδή ο χρόνος αντιμετωπίζεται ως καθολικός με σταθερό ρυθμό διέλευσης που είναι ανεξάρτητος από την κατάσταση κίνησης ενός παρατηρητή.
Αλλά σε ένα σχετικιστικό σύμπαν, ο χρόνος δεν μπορεί να διαχωριστεί από τις τρεις διαστάσεις του χώρου. Αυτό συμβαίνει επειδή ο παρατηρούμενος ρυθμός με τον οποίο περνάει ο χρόνος εξαρτάται από την ταχύτητα ενός αντικειμένου σε σχέση με τον παρατηρητή. Επίσης, η ισχύς οποιουδήποτε βαρυτικού πεδίου επιβραδύνει το πέρασμα του χρόνου για ένα αντικείμενο όπως το βλέπει ένας παρατηρητής εκτός του πεδίου.
Μια απεικόνιση της καμπυλότητας του χωροχρόνου που προκαλείται από τη Γη.
Περαιτέρω πτυχές
Όπου υπάρχει ύλη, κάμπτει τη γεωμετρία του χωροχρόνου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα καμπυλωμένο σχήμα του χωροχρόνου, το οποίο μπορεί να γίνει αντιληπτό ως βαρύτητα. Οι λευκές γραμμές στην εικόνα στα δεξιά αναπαριστούν την επίδραση της μάζας στο χωροχρόνο.
Στην κλασική μηχανική, η χρήση του χωροχρόνου είναι προαιρετική, καθώς ο χρόνος είναι ανεξάρτητος από την κίνηση στις τρεις διαστάσεις του ευκλείδειου χώρου. Ωστόσο, όταν ένα σώμα κινείται με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός (σχετικιστικές ταχύτητες), ο χρόνος δεν μπορεί να διαχωριστεί από τις τρεις διαστάσεις του χώρου. Ο χρόνος, από τη σκοπιά ενός ακίνητου παρατηρητή, εξαρτάται από το πόσο κοντά στην ταχύτητα του φωτός κινείται το αντικείμενο.
Δισδιάστατη αναλογία της παραμόρφωσης του χωροχρόνου
Ιστορική προέλευση
Πολλοί συνδέουν τον χωροχρόνο με τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος πρότεινε την ειδική σχετικότητα το 1905. Ωστόσο, ο δάσκαλος του Αϊνστάιν, ο Χέρμαν Μινκόφσκι, ήταν αυτός που πρότεινε τον χωροχρόνο, σε ένα δοκίμιο του 1908. Η έννοια του χώρου Μινκόφσκι είναι η πρώτη αντιμετώπιση του χώρου και του χρόνου ως δύο όψεις ενός ενιαίου συνόλου, που αποτελεί την ουσία της ειδικής σχετικότητας. Ήλπιζε ότι αυτή η νέα ιδέα θα αποσαφήνιζε τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας.
Ο χωροχρόνος Μινκόφσκι είναι ακριβής μόνο στην περιγραφή της σταθερής ταχύτητας. Ο Αϊνστάιν, όμως, ήταν αυτός που ανακάλυψε την καμπυλότητα του χωροχρόνου (βαρύτητα) στη γενική σχετικότητα. Στη γενική σχετικότητα, ο Αϊνστάιν γενίκευσε τον χωροχρόνο Μινκόφσκι για να συμπεριλάβει τα αποτελέσματα της επιτάχυνσης. Ο Αϊνστάιν ανακάλυψε ότι η καμπυλότητα στην 4διάστατη αναπαράσταση του χωροχρόνου του ήταν στην πραγματικότητα η αιτία της βαρύτητας.
Η δέκατη τρίτη έκδοση της Encyclopedia Britannica του 1926 περιλάμβανε ένα άρθρο του Αϊνστάιν με τίτλο "χωροχρόνος".
Λογοτεχνικό υπόβαθρο
Ο Έντγκαρ Άλαν Πόε έγραψε ένα δοκίμιο για την κοσμολογία με τίτλο "Εύρηκα" (1848) στο οποίο έλεγε ότι "ο χώρος και η διάρκεια είναι ένα". Αυτή είναι η πρώτη γνωστή περίπτωση που υποδηλώνει ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι διαφορετικές αντιλήψεις ενός πράγματος. Ο Πόε κατέληξε σε αυτό το συμπέρασμα μετά από περίπου 90 σελίδες συλλογισμών, αλλά δεν χρησιμοποίησε μαθηματικά.
Το 1895, ο H.G. Wells στο μυθιστόρημά του Η Μηχανή του Χρόνου έγραψε: "Δεν υπάρχει καμία διαφορά μεταξύ του Χρόνου και οποιασδήποτε από τις τρεις διαστάσεις του Διαστήματος, εκτός από το ότι η συνείδησή μας κινείται κατά μήκος του". Πρόσθεσε, "Οι επιστημονικοί άνθρωποι... γνωρίζουν πολύ καλά ότι ο Χρόνος είναι μόνο ένα είδος Διαστήματος".
Ο χωροχρόνος στην κβαντομηχανική
Στη γενική σχετικότητα, ο χωροχρόνος θεωρείται ομαλός και συνεχής. Ωστόσο, στη θεωρία της κβαντομηχανικής, ο χωροχρόνος δεν είναι πάντα συνεχής.
Σχετικές σελίδες
- Διάσταση
- Πολλαπλό
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ο χωροχρόνος σύμφωνα με το κείμενο;
A: Ο χωροχρόνος είναι ένα μαθηματικό μοντέλο που συνδέει τον χώρο και τον χρόνο, σχηματίζοντας ένα τετραδιάστατο συνεχές γνωστό ως χώρος Μινκόφσκι.
Ερ: Πώς ο συνδυασμός του χώρου και του χρόνου βοήθησε την κοσμολογία;
Α: Ο συνδυασμός του χώρου και του χρόνου επέτρεψε στην κοσμολογία να κατανοήσει καλύτερα πώς λειτουργεί το σύμπαν τόσο στο μεγάλο επίπεδο, όπως οι γαλαξίες, όσο και στο μικρό επίπεδο, όπως τα άτομα.
Ερ: Γιατί είναι καλή η χρήση του ευκλείδειου χώρου αντί του χωροχρόνου στη μη σχετικιστική κλασική μηχανική;
Α: Στη μη σχετικιστική κλασική μηχανική, η χρήση του ευκλείδειου χώρου είναι καλή επειδή ο χρόνος αντιμετωπίζεται ως καθολικός με σταθερό ρυθμό διέλευσης που είναι ανεξάρτητος από την κατάσταση κίνησης ενός παρατηρητή.
Ερ: Γιατί ο χρόνος είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με τις τρεις διαστάσεις του χώρου σε ένα σχετικιστικό σύμπαν;
Α: Ο χρόνος δεν μπορεί να διαχωριστεί από τις τρεις διαστάσεις του χώρου σε ένα σχετικιστικό σύμπαν επειδή ο παρατηρούμενος ρυθμός με τον οποίο περνάει ο χρόνος εξαρτάται από την ταχύτητα ενός αντικειμένου σε σχέση με τον παρατηρητή.
Ερ: Πώς επηρεάζει η ισχύς ενός βαρυτικού πεδίου το πέρασμα του χρόνου για ένα αντικείμενο;
Α: Η ισχύς οποιουδήποτε βαρυτικού πεδίου επιβραδύνει το πέρασμα του χρόνου για ένα αντικείμενο, όπως το βλέπει ένας παρατηρητής εκτός του πεδίου.
Ερ: Πώς ονομάζεται το τετραδιάστατο συνεχές που ενώνει το χώρο και το χρόνο;
Α: Το τετραδιάστατο συνεχές που ενώνει το χώρο και το χρόνο ονομάζεται χώρος Μινκόφσκι.
Ερ: Πώς ο συνδυασμός του χώρου και του χρόνου βοήθησε την κοσμολογία να κατανοήσει το σύμπαν;
Α: Ο συνδυασμός του χώρου και του χρόνου βοήθησε την κοσμολογία να κατανοήσει καλύτερα τη λειτουργία του σύμπαντος, τόσο στο μεγάλο επίπεδο, όπως οι γαλαξίες, όσο και στο μικρό επίπεδο, όπως τα άτομα.
