Pin
Send
Share
Send


Кеңістік-уақыт бұрмалануының үшөлшемді аналогиясы. Материя геометриясын өзгертеді ғарыштық уақыт, бұл (қисық) геометрия ауырлық күші ретінде түсіндіріледі. Ақ сызықтар кеңістіктегі қисықтықты білдірмейді, керісінше қисық кеңістік уақытына жазық кеңістікте түзу болатын координаталар жүйесін білдіреді.

Классикалық физикада кеңістік пен уақыт мүлдем өзгеше деп қабылданады. Бұл біздің күнделікті тәжірибемізге, уақыт пен кеңістіктің тәжірибесі арасындағы айырмашылыққа сәйкес келеді. Қазіргі физика бұл айырмашылық өте жоғары жылдамдықпен жүретін бақылаушыларға көрінетін елес екенін айтады. Кеңістік пен уақыт біздің ең жақсы физика бойынша бір-біріне ұқсас, сондықтан олар бірін-бірі өзгерте алады. Олар әр түрлі болжам ғарыштық уақыт кеңістік пен уақытты бір құрылымға біріктіретін кеңістік-уақыт континумы.

Ғарыштық уақыттың негізгі қасиеті - бұл екі оқиға арасындағы бөлінуді сипаттайтын 'метрика'. Метрика - бұл Пифагор теоремасының кеңейтімі, x, y және z - кеңістік компоненттері, ал «ict» уақыт компоненті (мұнда мен қиялдың бірлігі немесе квадрат түбір -1; t - уақыт; және уақыт; c - жарық жылдамдығы). I квадраты -1 болғандықтан, уақыт Пифагорлық қатынасқа теріс сан ретінде енеді. C коэффициенті уақыт бірліктерін (мысалы, секундтар сияқты) кеңістік (мысалы, миль) сияқты бірліктерге түрлендіруге кіреді. Бір секундтың ішінде қозғалу ғарышта шамамен 200 000 миль қозғалуға тең.

Кеңістіктің бөлінуі инвариант болып табылады. Релятивистік жылдамдықпен қозғалатын екі бақылаушы оқиғаның ұзақтығы мен ұзақтығы туралы келіспейтіндігіне қарамастан, олар Пифагор қатынасын - квадраттар санының квадрат түбірін қолдана отырып, кеңістіктің бөліну уақытын есептегенде, олар бірдей инвариантты санмен шығады.

Шығу

Ғарыштық уақыт пен уақыт өлшемдері әртүрлі болған сияқты.

Ғаламның кеңістіктік ауқымы планкт уақытының әр кванттық белгісімен ғалам жүз есеге жуық мөлшерде екі есе ұлғайған кезде пайда болған жалған вакуумның ғарыштық инфляциясы кезеңінде пайда болды деп саналады. Бұл экспоненциалды инфляция бірнеше уақыт ішінде кеңістікті протоннан кішігірім қазіргі ғаламнан үлкенге дейін созды. Мұның күрт аяқталуы ыстық жарылыс пен ғаламның басталуына себеп болды. Ғарыш кеңеюі әлдеқайда байсалды кеңістікте жалғасты, кеңею инфляциямен салыстырғанда аз.

Ыстық Биг Бенг соншалықты жоғары температураны қамтыды, сондықтан бөлшектердің ең массасы да жарық жылдамдығымен қозғалатын. Ерекше салыстырмалылық космоста c уақытында қозғалғанда уақыт бойынша қозғалмайтындығын айтады. Уақыт өлшеміне кеңейту бөлшектер кеңейіп, уақытында жылдамдауы үшін заттар салқындаған кезде ғана басталды. Ғаламның уақыт уақыты ғарыштық фондық микротолқынды сәулеленуге с-ге қатысты нөлдік жылдамдықпен қозғалатын тірек шеңбері деп анықталады. Бұл ғаламның осы ғасырындағы барлық нәрселерге қатысты, сондықтан уақыт классикалық ғалымдар үшін уақыт болып қала беретін сияқты.

Өлшемдері туралы түсінік

Евклид ғарыштық қабылдауына сәйкес, ғарыш кеңістіктің үш өлшеміне және уақыттың бір өлшеміне ие. Физиктер кеңістік пен уақытты біртұтас құрамға біріктіре отырып, физикалық теорияның едәуір мөлшерін жеңілдетті, сонымен қатар супергалактикалық және субатомдық деңгейлерде ғаламның жұмысын біркелкі сипаттады.

Классикалық механикада уақыт үш өлшемде механикалық қозғалысқа тәуелді емес (аз жылдамдықпен шындыққа сәйкес келеді) тұрақты болып саналады. Релятивистік контексте уақытты кеңістіктің үш өлшемінен бөлуге болмайды, өйткені ол жарықтың жылдамдығына қатысты объектінің жылдамдығына, сондай-ақ уақыттың өтуін баяулататын қарқынды гравитациялық өрістердің күшіне байланысты.

Ғарыштық уақыт ұғымы кеңістік пен уақытты бір координат жүйесінде, әдетте 4 өлшеммен: ұзындық, ен, биіктік және уақытпен біріктіреді. Өлшемдер кеңістіктегі немесе жер шарындағы нүктені табу үшін қолданылатын, мысалы ендік, бойлық және планета (Жер) сияқты координаталық тордың құрамдас бөліктері. Алайда, ғарыштық уақытпен координаталық тор «оқиғаларды» (кеңістіктегі нүктелерден гөрі) табу үшін қолданылады, сондықтан уақыт торға басқа өлшем ретінде қосылады.

Бұрын эксперименттерден баяу жылдамдықпен уақыт тұрақты деп саналды, ол белгілі бір жылдамдықпен жүрді; алайда, кейіннен жоғары жылдамдықты эксперименттер уақыттың жоғары жылдамдықпен баяулайтынын көрсетті («баяулату» деп аталады). Көптеген тәжірибелер баяулауды растады уақытты кеңейтумысалы, ғарыш кемесінің бортындағы атом сағаттары, синхрондалған Жермен байланысты сағаттарға қарағанда баяу жұмыс істейді. Уақыт әр түрлі болғандықтан, ол кеңістіктегі координат торында айнымалы ретінде қарастырылады, ал енді уақыт кеңістіктегі орнына тәуелсіз, тұрақты болады деп қабылданбайды.

4 өлшемді (уақытты қосқанда) ғарыштық оқиғаларды өңдеу - бұл әдеттегі көрініс. Алайда, басқа ойлап табылған координаталық торлар уақытты кеңістіктің 3 өлшемімен жүретін ұзындығы, ені және биіктігі бар қосымша 3 өлшемге ие деп санайды. Өлшемдер кеңістіктің физикалық атрибуттары емес, тор жүйесінің қарапайым компоненттері ретінде түсінілген кезде, ендік, бойлық, сонымен қатар Гринвичтің орташа уақыты (3 өлшем) немесе қала, штат, пошта индексі, ел және UTC уақыты (5 өлшем). Әр түрлі өлшемдер пайдаланылған координаталық торға байланысты таңдалады.

Термин ғарыштық уақыт жоғары өлшемді теориялардың пайда болуымен жалпылама мағына алды. Әлемді сипаттау үшін қанша өлшем керек екендігі әлі күнге дейін ашық мәселе болып отыр. Жол теориясы сияқты алыпсатарлық теориялар 10 немесе 26 өлшемді болжайды (М-теориясы 11 өлшемді; 10 кеңістіктік және 1 уақытша), бірақ төрт өлшемнен артық болуы субатомиялық деңгейде өзгеріске ұшырайды.

Тарихи шығу тегі

Осы ХХ ғасырдағы ғылыми тұжырымдаманың бастауы ХІХ ғасырда көркем жазушылардан басталды. Эдгар Аллан По өзінің космологияға арналған эссесінде мәлімдеді Эврика (1848) «кеңістік пен ұзақтық бір.» Бұл кеңістік пен уақытты бір затты әртүрлі қабылдауды ұсынатын алғашқы белгілі мысал. По бұл тұжырымға шамамен 90 парақтан кейін келді, бірақ математикамен айналыспады. 1895 жылы өзінің романында В. Уақыт машинасы, Х.Г.Уэллс: «Уақыт пен кеңістіктің үш өлшемінің арасында ешқандай айырмашылық жоқ, тек біздің сана-сезіміміз сол арқылы қозғалады» деп жазды. Ол «Ғылыми адамдар ... уақыт тек кеңістіктің бір түрі екенін жақсы біледі» деп жазды.

Ғарыштық уақытты Альберт Эйнштейннің 1905 жылғы арнайы салыстырмалылық теориясының салдары ретінде қарастыруға болады, бірақ оны алғаш рет оның мұғалімдерінің бірі, математик Герман Германовски 1908 жылы эсседе математикалық тұрғыдан нақты ұсынған. 1 Эйнштейннің жұмысына негізделіп, оны кеңейту. Оның Минсковский кеңістігі туралы түсінігі - бұл кеңістік пен уақытты біртұтас тұтасудың екі аспектісі, ерекше салыстырмалылықтың мәні ретінде қарастыру. Минсковский ғарыш идеясы сонымен бірге ерекше салыстырмалылықты геометриялық тұрғыдан қарастырды, кеңістіктің геометриялық көзқарасы жалпы салыстырмалылықта да маңызды. (Минсковскийдің мақаласын ағылшын тіліне аудару үшін Лоренц және т.б. 1952 ж. Қараңыз). 1926 ж. Он үшінші басылымы Британика энциклопедиясы Эйнштейннің «ғарыш-уақыт» атты мақаласын қамтыды.2

Негізгі ұғымдар

Ғарыштық уақыт дегеніміз - барлық физикалық оқиғалар орын алатын алаң - оқиға уақыт пен орнында көрсетілген кеңістіктегі уақыт. Мысалы, Күннің айналасындағы планеталардың қозғалысы ғарыштық уақыттың белгілі бір түрінде сипатталуы мүмкін немесе айналмалы жұлдыз айналасындағы жарық қозғалысы ғарыштық уақыттың басқа түрінде сипатталуы мүмкін. Ғарыштық уақыттың негізгі элементтері болып табылады оқиғалар. Кез-келген уақыт кеңістігінде, a оқиға бір уақыттағы ерекше позиция. Оқиғалардың мысалына жұлдыздың жарылуы немесе барабанның бір рет соғылуы жатады.

Аралық уақыт кез келген бақылаушыдан тәуелсіз.3 Алайда, физикалық құбылыстарды суреттеуде (кеңістіктің белгілі бір аймағында уақыттың белгілі бір сәттерінде пайда болатын) әр бақылаушы ыңғайлы координаттар жүйесін таңдайды. Оқиғалар кез-келген координат жүйесінде төрт нақты сандармен көрсетіледі. Бөлшектің немесе жарық сәулесінің дүниетанымы - бұл бөлшектің немесе сәуленің ғарыш кеңістігінде жүретін және бөлшектің немесе сәуленің тарихын білдіретін жолы. Жер орбитасының дүниежүзілік сызығы екі кеңістікте бейнеленген х және у (Жер орбитасының жазықтығы) және уақыт өлшемі ортогоналды х және у. Жер орбитасы - бұл тек ғарыштағы эллипс, бірақ оның ғарыштық кеңістігі - спираль.

Кеңістік пен уақыттың біртектілігі қашықтықты жарық жылдамдығына бөлу арқылы уақыт бірлігімен экспрессияның кең таралған тәжірибесінен көрінеді.

Ғарыш-уақыт интервалдары

Ғарыштық уақыт қашықтық туралы жаңа тұжырымдаманы ұсынады. Евклид кеңістігінде қашықтық әрдайым оң болса, ғарыштық кез-келген екі оқиғаның арасындағы қашықтық («интервал» деп аталады) нақты, нөлдік немесе тіпті қиял болуы мүмкін. The аралық интервал бұл жаңа қашықтықты санайды (декарттық координаттарда) ):

қайда бұл жарық жылдамдығы, кеңістіктің айырмашылығы және екі оқиғаның уақыт координаттары және сәйкесінше және . (Назар аударыңыз, жоғарыда көрсетілген белгілерді таңдау Ландау-Лифшитц ғарыштық конвенциясына сәйкес келеді. Басқа әдістер оң жақтағы дәлелдердің тәртібін өзгертеді. Егер осы балама конвенция таңдалса, келесі екі абзацтағы қатынастар өзгереді.)

Кеңістіктегі оқиғалардың жұптарын «қаншалықты алыс» орналасқанына байланысты үш түрлі түрлерге жіктеуге болады:

  • уақыт тәрізді (екі оқиға арасында себеп-салдарлық байланыстың болуы үшін жеткілікті уақыт өтеді; екі оқиға бір жерде болатындай тірек бар; ).
  • жарық тәрізді (екі оқиға арасындағы кеңістік дәл осы екі оқиға арасындағы уақытқа сәйкес келеді; ).
  • кеңістік тәрізді (екі оқиға арасында себеп-салдарлық байланыстың болуы үшін уақыт жеткіліксіз; екі оқиға бір уақытта болатындай тірек бар; ).

Позитивті ғарыштық уақыт интервалы бар оқиғалар бір-бірінің болашағында немесе өткенінде болады, және интервалдың мәні олардың арасында жүрген бақылаушы өлшейтін уақытты анықтайды. Кеңістікті нөлдік интервалы бар оқиғалар жарық сигналының таралуымен бөлінеді.

Ерекше салыстырмалылық үшін, уақыт интервалы инерциялық сілтеме шеңберлерінде инвариантты болып саналады.

Әлемдік сызықтардың белгілі бір түрлері (ғарыш кеңістігінің геодезиясы деп аталады) кез-келген екі оқиға арасындағы ең қысқа жол болып табылады. қашықтық ғарыштық интервалдармен анықталады. Геодезия ұғымы жалпы салыстырмалылықта өте маңызды болады, өйткені геодезиялық қозғалыс кеңістіктегі «таза қозғалыс» (инерциялық қозғалыс) ретінде қарастырылуы мүмкін, яғни кез-келген сыртқы әсерлерден бос болады.

Кеңістік-уақыт математикасы

Физикалық себептер бойынша, кеңістік-уақыт континумы төрт өлшемді, тегіс, жалған римандық көпбұрыш ретінде тегіс Лоренц қолтаңба метрикасымен анықталған. . Метрика кеңістіктің геометриясын анықтайды, сонымен қатар бөлшектер мен жарық сәулелерінің геодезиясын анықтайды. Осы көп қырдағы әрбір нүкте (оқиға) туралы, үйлестіру кестелері бақылаушыларды сілтеме шеңберлерінде көрсету үшін қолданылады. Әдетте, декарттық координаттар қолданылады. Оның үстіне, қарапайымдылық үшін жарық жылдамдығы әдетте бірлік деп саналады.

Анықтамалық жақтауды (бақылаушыны) осы координаталық кестелердің бірімен анықтауға болады; кез-келген мұндай бақылаушы кез-келген оқиғаны сипаттай алады . Тағы бір сілтеме шеңбері туралы екінші координаталық диаграммада анықталуы мүмкін . Екі бақылаушы (әр сілтемеде біреуі) бір оқиғаны сипаттауы мүмкін бірақ әртүрлі сипаттамаларды алыңыз.

Әдетте, көп қабатты жабу үшін көптеген сәйкес келетін координаталық диаграммалар қажет. Берілген екі координаталық диаграмма (бақылаушы) және тағы біреуі бар (басқа бақылаушы), диаграммалардың қиылысы екі бақылаушы да физикалық шамаларды өлшеп, сәйкесінше нәтижелерді салыстыра алатын кеңістік уақытының ауданын білдіреді. Өлшемдердің екі жиынтығы арасындағы байланыс осы қиылыста сингуляр емес координаталық түрлендіру арқылы беріледі. Координаталық диаграммалардың идеялары «өлшеулерді өз аудандарында орындай алатын жергілікті бақылаушылар» ретінде де физикалық мағынаны береді, өйткені физикалық мәліметтерді жергілікті түрде қалай жинайды.

Мысалы, екі бақылаушы, олардың бірі Жерде, ал екіншісі - Юпитерге жылдам зымыранмен келе жатып, Юпитерге құлаған құйрықты байқауы мүмкін (бұл оқиға ). Жалпы алғанда, олар бұл әсердің нақты орналасуы мен уақыты туралы келіспейді, яғни оларда әртүрлі 4 дана болады (өйткені олар әр түрлі координат жүйелерін қолданады). Олардың кинематикалық сипаттамалары әртүрлі болатынына қарамастан, динамикалық (физикалық) заңдар, мысалы, импульсті сақтау және термодинамиканың бірінші заңы сақталады. Шын мәнінде, салыстырмалылық теориясы бұл барлық (және басқа да физикалық) заңдар барлық координаттар жүйесінде бірдей формада болуы керек деген мағынада одан да көп нәрсені талап етеді. Бұл барлық физикалық шамалар көрсетілген тензорларды салыстырмалылыққа енгізеді.

Егер геодезияның геодезияның бір нүктесіне жанасқан векторы осындай сипатқа ие болса, уақыттық, нөлдік немесе кеңістіктік деп аталады. Кеңістіктегі бөлшектер мен жарық сәулелерінің жолдары уақытты және нөлдік (жарық тәрізді) геодезиямен ұсынылған (тиісінше).

Топология

Ғарыштық уақыт анықтамасындағы болжамдар әдетте келесі пікірлермен негізделеді.

Байланысты болжау екі негізгі мақсатқа сәйкес келеді. Біріншіден, өлшемдерді жасайтын әртүрлі бақылаушылар (координаталық диаграммалармен ұсынылған) диаграммалардың бос емес қиылысындағы өз бақылауларын салыстыра алуы керек. Егер қосылыс туралы болжам алынып тасталса, бұл мүмкін болмас еді. Екіншіден, алуан түрлілік үшін қосылыс пен жол байланысының қасиеттері эквивалентті және бөлшектердің қозғалысы мен сәулелену үшін кеңістікте жолдардың (атап айтқанда, геодезияның) болуын талап етеді.

Әрбір ғарыштық уақыт паракомпакт. Бұл қасиет ғарыштық уақыттың тегістігімен үйлеседі, жалпы салыстырмалылықтағы маңызды құрылымның түзу сызықты байланысын тудырады. Ықшам және ықшам емес көп қабаттардан ғарыштық уақытты құрудың кейбір маңызды теоремаларына мыналар жатады:

  • Ықшам манифольд кеңістікке айналуы мүмкін, егер оның Эйлер сипаттамасы 0 болса.
  • Кез-келген ықшамдалмаған 4-көпфункты ғарыш кеңістігіне айналдыруға болады.

Кеңістік-уақыт симметриялары

Көбінесе салыстырмалылықта симметрияның қандай да бір формасы бар кеңістік-уақыт зерттеледі. Бұл симметриялар ғарыштық уақытты жіктеуге көмектесумен қатар, мамандандырылған жұмыста жеңілдететін болжам ретінде қызмет етеді. Ең танымал түрлеріне мыналар жатады:

  • Аксиометриалық ғарыштық уақыт
  • Сфералық симметриялы кеңістіктер
  • Статикалық кеңістіктер
  • Стационарлық ғарыштық уақыттар

Кеңістік уақытының себептік құрылымы кеңістіктегі нүктелердің жұптары арасындағы себептік байланыстарды нүктелерге қосылатын қисықтардың белгілі бір түрлерінің болуына негізделген.

Арнайы салыстырмалылықтағы ғарыштық уақыт

Арнайы салыстырмалылықтағы ғарыштық уақыт геометриясын Минковский метрикасы R-де сипаттайды4. Бұл ғарыштық уақыт Минковский кеңістігі деп аталады. Минковски метрикасы әдетте белгіленеді және төрт-төрт матрица түрінде жазуға болады:

мұнда Landau-Lifshitz ғарыштық конвенциясы қолданылады. (Мұнда уақыт нақты болған кезде қиял санымен өлшенетін кеңістік.) Салыстырмалылықтың негізгі жорамалы - координаталық түрленулер кеңістіктің интервалдарын инвариантты етіп қалдыруы керек. Лоренцті қайта құру кезінде аралықтар инвариантты. Бұл инварианттық қасиет физиканы сипаттауда төрт векторларды (және басқа тензорларды) қолдануға әкеледі.

Ньютон физикасындағы оқиғаларды біртұтас кеңістік ретінде қарастыруға болады. Бұл Галилея-Ньютон салыстырмалығы, ал координат жүйелері Галилеяның қайта құрылуымен байланысты. Алайда, олар кеңістіктік және уақыттық қашықтықтарды өздігінен сақтайтындықтан, мұндай кеңістік уақыт кеңістіктік координаттар мен плюс уақытша координаттарға ыдырауы мүмкін, бұл жалпы жағдайда мүмкін емес.

Жалпы салыстырмалылықтағы ғарыштық уақыт

Жалпы салыстырмалылықта ғарыштық уақыт материяның (энергияның) қатысуымен қисық болады деп саналады, бұл қисықтық Риман тензорымен ұсынылған. Ерекше салыстырмалылықта Риманның тензоры бірдей нөлге тең, сондықтан бұл «қисық емес» ұғымы кейде «Минковскийдің ғарыштық уақыты тегіс» деген тұжырыммен көрінеді.

Көптеген ғарыштық уақыт континуаларында көптеген физиктер таңқаларлық немесе жайсыз деп санайтын физикалық түсіндірмелер бар. Мысалы, ықшам ғарыштық уақыт жабық, уақыт тәрізді қисық сызықтар, олар кәдімгі себептілік идеяларын бұзады (яғни болашақ оқиғалар бұрынғыға әсер етуі мүмкін). Осы себепті, математикалық физиктер әдетте барлық мүмкін ғарыштық уақыттардың шектеулі жиынтықтарын қарастырады. Мұның бір әдісі - жалпы салыстырмалылық теңдеулерінің «нақты» шешімдерін зерттеу. Тағы бір тәсілі - қосымша «физикалық тұрғыдан», бірақ жалпы геометриялық шектеулерді қосып, ғарыштық уақыттар туралы қызықты нәрселерді дәлелдеуге тырысу. Соңғы тәсіл бірқатар маңызды нәтижелерге әкелді, атап айтқанда Пенроуз-Хокинг жекеменшік теоремалары.

Сандық кеңістік-уақыт

Жалпы салыстырмалылықта кеңістік-уақыт тек математикалық тұрғыдан емес, тегіс және үздіксіз деп қабылданады. Кванттық механика теориясында физикаға тән бөлінбестік бар. Осы екі теорияны салыстыруға тырысқанда, кейде ғарыштық уақытты ең кіші масштабта санау керек деген тұжырым жасалады. Ағымдағы теория Планк шкаласындағы кеңістік-уақыт сипатына бағытталған. Бұл мағынада, ғарыштық уақыт Планктың ұзындығы мен уақыт өлшемімен пиксельдермен келеді. Себептер жиынтығы, кванттық гравитациялар, жолдар теориясы және қара тесік термодинамикасы барлығы масштабтағы орын туралы келісе отырып, кеңістіктегі уақытты болжайды. Цикл кванттық тартылыс Планк шкаласы бойынша ғарыштық уақыт геометриясы туралы нақты болжам жасайды.

Аралықтағы 3 + 1 артықшылығы

Бірқатар ғалымдар мен философтар ғарыштық уақыт туралы жазды, және тұжырымдамалар дамып, математикалық талдау немесе эксперимент арқылы көптеген теориялар шығарылып, сыналды. Сондай-ақ, ғарыштық уақыт тақырыбы кез-келген эксперименттік деректерге сәйкес болмаса да, өзгелерді таңдандыруға тырысуда жалған интеллигенция үшін тақырып болды.

Басқа жазушылар сол кездегі ғылыми дәлелдермен шектелді. Мәселен, ХХ ғасырдың екінші жартысында «атом-драйв» бөлшектердің үдеткіштерімен жүргізілген эксперименттер нәтижесінде жоғары жылдамдыққа тездеген жеке протондар тыныштықта автомобильге барабар массаны алады, бұл протондарды тездету үшін үнемі өсіп келе жатқан энергияны қажет етеді. Тезірек. Уақыттың өтуі жоғары жылдамдықпен бәсеңдеген кезде бөлшектердің массасы көбейе түсті. Жазушылар

Өлшемдер екі түрлі болады: кеңістіктік және уақытша. Бұл кеңістік кез-келген анықталмайтын ықшамдалған өлшемдерді елемей, үш кеңістіктік (екі бағытты) және бір уақытша (бір бағытты) өлшемдерден тұрады, әртүрлі өлшемдердің физикалық зардаптарына жүгіну арқылы түсіндіруге болады. Дәлел көбінесе антропикалық сипатқа ие.

Имануэль Кант үш өлшемді кеңістік дегеніміз - гравитацияның кері квадрат заңының салдары деп тұжырымдады. Канттың дәлелі тарихи маңызды болғанымен, Джон Д. Барроу бұл туралы «біз оны штрих сызығын майданға қайтару ретінде қарастырар едік: бұл Ғарыштың үш өлшемділігі, неге табиғатта кері квадрат күш заңдарын көретінімізді түсіндіреді. , керісінше емес »(Барроу 2002). Себебі гравитация заңы (немесе кез-келген басқа кері квадрат заңы) ағынның түсінігінен, 3 өлшемді ғарыштан, және таңдалған өлшемдегі олардың өлшемдерінің квадратына пропорционал болатын беткейлік ауданы бар 3 өлшемді қатты заттардан туындайды. . Атап айтқанда, радиус сферасы р ауданы 4πр2. Жалпы, кеңістікте N өлшемдері, қашықтыққа бөлінген екі дененің арасындағы гравитациялық тартылыс күші р кері пропорционал болар еді рN-1.

Уақытша өлшемдердің санын 1-ге белгілеп, кеңістіктік өлшемдердің санын шығаруға мүмкіндік беру N 3-тен асып кетсе, Пол Эренфест 1920 жылы планета өзінің күн сәулесіндегі тұрақты бола алмайтынын және галактикалық центрі айналасында жұлдыз орбитасы бірдей болатындығын көрсетті.4 Сол сияқты, Ф. Р. Тангерлини 1963 жылы қашан екенін көрсетті N> 3, электрондар ядролардың айналасында тұрақты орбитальдар түзбейді; олар ядроға түседі немесе бытырап кетеді. Эренфест сонымен қатар егер бұл болса N біркелкі болса, онда толқындық импульстің әртүрлі бөліктері әртүрлі жылдамдықпен жүреді. Егер N тақ және 3-тен үлкен болса, толқын импульстері бұрмаланады. Тек қашан N= 3 немесе 1 екеуі де проблемалардың алдын алады.

Tegmark алдыңғы дәлел бойынша келесі антропикалық тәсілмен кеңейеді.5 Егер уақыт өлшемдерінің саны 1-ден өзгеше болса, физикалық жүйелердің әрекетін тиісті жартылай дифференциалдық теңдеулерді білуден сенімді болжау мүмкін емес. Мұндай ғаламда технологияны басқаруға қабілетті саналы өмір пайда бола алмады. Сонымен қатар, Tegmark бірнеше уақыт өлшемі бар ғаламда протондар мен электрондар тұрақсыз болады, өйткені олар ыдырауы мүмкін Көбірек массивті бөлшектер (егер температура жеткілікті төмен болса, бұл проблема емес). Егер N> 3, Эренфесттің жоғарыдағы дәлелі: атомдар біз білетіндей болуы мүмкін (және одан да күрделі құрылымдар болуы мүмкін). Егер N<3, кез-келген түрдегі гравитация проблема тудырады, және ғаламда қарапайым бақылаушылар болуы мүмкін. Мысалы, нервтер қиылысуы керек және бір-біріне жабыспауы керек.

Жалпы, уақыт өлшемдерінің саны болған жағдайда физикалық заңдар қалай жұмыс істейтіні белгісіз Т айырмашылығы 1. егер Т> 1, белгілі бір уақыт өткеннен кейін ыдырайтын жеке субатомдық бөлшектер көп болжамды бола алмайды, өйткені уақыттық геодезия міндетті түрде максималды болмауы керек.6 N= 1 және Т= 3 вакуумдағы жарық жылдамдығы a болатындығының өзіндік қасиеті бар төменгі шекара материяның жылдамдығы туралы. Демек, антропикалық дәлелдер біз өмір сүретін әлемді сипаттайтын 3 кеңістіктік және 1 уақытша өлшемнен басқа барлық жағдайларды жоққа шығарады.

3 және 4 өлшемді кеңістіктер геометриялық және топологиялық тұрғыдан бай көрінеді. Мысалы, геометриялық мәлімдемелер бар, олардың ақиқаты немесе жалғандығы кеңістік өлшемдерінің кез-келген санына 3, 4 немесе екеуінен басқа белгілі.

3 кеңістіктік және 1 уақытша өлшемдердің артықшылықты мәртебесі туралы егжей-тегжейлі ақпарат алу үшін Barrow қараңыз;7 тереңірек емдеу үшін Барроу мен Типлерді қараңыз.8 Курган Уитроуды үнемі келтіреді.9

Қатар теориясында физиктер 3 + 1 өлшемімен шектелген ұғымдармен шектелмейді, сондықтан 10 немесе, мүмкін, 26 өлшемді координат торлары тербелмелі жолдардың түрлері мен орналасуын сипаттау үшін қолданылады. Жол теориясы «ғалам өте ұқыпты» деген ұғымға негізделеді және заттар мен энергияны кейбір өлшемдермен белгіленген әртүрлі типтегі ұсақ тербелмелі ішектерден тұрады деп санайды.

Сондай-ақ қараңыз

  • Альберт Эйнштейн
  • Жалпы салыстырмалылық, кіріспе
  • Арнайы салыстырмалылық, кіріспе
  • Ғарыш
  • Уақыт

Ескертпелер

  1. Man Герман Минковски, 1908. «Раум и Цайт. Версамлунг Deutscher Naturforscher». Физикалық физика 10: 104-111.
  2. ↑ Альберт Эйнштейн, 1926. Ғарыш-уақыт. Британика энциклопедиясы. 2007 жылғы 11 желтоқсанда шығарылды.
  3. ↑ Тамас Матолци. 1994 жыл. Сілтеме жиектемелері жоқ кеңістік. (Будапешт, HU: Академиаи Киадо.)
  4. ↑ Пол Эренфест, 1920. Физиканың негізгі заңдары ғарыштың 3 өлшемді екенін қалай көрсетеді? Annalen der Physik 61:440.
  5. Макс Тегмарк, 1997. Ғарыштық уақыт өлшемі туралы. Классикалық және кванттық ауырлық 14 (4): L69-L75. 2007 жылғы 11 желтоқсанда шығарылды.
  6. Dor Дж. Дорлинг, 1970. Уақыттың өлшемділігі. Американдық физика журналы 38 (4): 539-40. 2007 жылғы 11 желтоқсанда шығарылды.
  7. Bar Дж.Д Барроу, 2002 ж. Табиғаттың тұрақтылығы. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пантеон кітаптары. ISBN 0375422218.)
  8. Row Дж.Д. Барроу және Фрэнк Дж. Типлер. 1986 жыл. Антропикалық космологиялық принцип. (Оксфорд, Ұлыбритания: Oxford University Press. ISBN 0198519494.)
  9. ↑ Джеймс Джеральд Уитроу. 1959 ж. Әлемнің құрылымы және эволюциясы. (Лондон, Ұлыбритания: Хатчинсон.)

Пайдаланылған әдебиеттер

  • Эренфест, Пол. 1920. Физиканың негізгі заңдары ғарыштың 3 өлшемді екенін қалай көрсетеді? Annalen der Physik 61:440.
  • Кант, Имануэль, Дж. 1929. «Тірі күштерді шынайы бағалау туралы ойлар». Канттың кіріспе диссертациясы және ғарыштағы алғашқы жазба жұмыстары. Лондон, Ұлыбритания: Ашық сот басылымы.
  • Лоренц, Х.А., Альберт Эйнштейн, Герман Минковски және Герман Вейл. 1952 жыл. Салыстыру қағидасы: ерекше естеліктер жинағы. Лондон, Ұлыбритания: Methuen & Co.
  • Лукас, Джон Рандольф. 1973 жыл. Уақыт пен кеңістік туралы трактат. Лондон, Ұлыбритания: Метуен. ISBN 0416750702.
  • Минковски, Герман. 1908. «Raum und Zeit. Versammlung Deutscher Naturforscher». Физикалещей Цейтцрифт 10: 104-111
  • Пенроуз, Роджер. 2004 жыл. Шындыққа апарар жол. Лондон, Ұлыбритания: Джонатан Кейп. ISBN 0224044478.
  • По, Эдгар А. 1848 ж. Эврика; Материалдық және рухани әлем туралы эссе. Лондон, Ұлыбритания: Hesperus Press Limited. ISBN 1-84391-009-8.
  • Робб, А.А. 1936 ж. Уақыт пен кеңістік геометриясы. Кембридж, Ұлыбритания: University Press.
  • Schutz, J.W. 1997 жыл. Минковскийдің ғарыштық уақытқа тәуелсіз аксиомалары. Аддисон-Весли Лонгман. ISBN 0582317606.
  • Тангерлини, Ф.Р. 1963. Жоғары өлшемдегі атомдар. Nuovo Cimento. 14:27:636.
  • Тейлор, Э.Ф. және Джон А. Уилер. 1966 жыл. Ғарыштық физика. Сан-Франциско, Калифорния: W.H. Фриман.
  • Уэллс, H.G. 2004 ж. Уақыт машинасы. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Қалта кітаптары. ISBN 0743487737.
  • Гал-Ор, Бенджамин. 1983 ж. Космология, физика және философия. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer Verlag.

Сыртқы сілтемелер

Барлық сілтемелер 2015 жылдың 14 қазанында алынды.

Pin
Send
Share
Send