Прастора-час
From Wikipedia, the free encyclopedia
Прастора-час (прасторава-часавы кантынуум) — фізічная мадэль, якая дапаўняе прастору раўнапраўным [1] часовым вымярэннем і такім чынам стварае тэарэтыка-фізічную канструкцыю, якая называецца прасторава-часовым кантынуумам. Прастора-час бесперапынна і з матэматычнага пункту гледжання ўяўляе сабой разнастайнасць з лорэнцавай метрыкай.
Агульная тэорыя адноснасці | ||||||||||||||
Гравітацыя Матэматычная фармулёўка Касмалогія
| ||||||||||||||
У нерэлятывісцкай класічнай механіцы выкарыстанне эўклідавай прасторы, якая не залежыць ад аднамернага часу, замест прасторы-часу дарэчы, так як час разглядаецца як ўсеагульны і нязменны, будучы незалежным ад стану руху назіральніка. У выпадку рэлятывісцкіх мадэляў час не можа быць аддзелена ад трох вымярэнняў прасторы, таму што назіраная хуткасць, з якой цячэ час для аб’екта, залежыць ад яго хуткасці адносна назіральніка, а таксама ад сілы гравітацыйнага поля, якое можа запаволіць працягу часу.
У касмалогіі і рэлятывісцкай фізіцы наогул канцэпцыя прасторы-часу аб’ядноўвае прастору і час у адзі абстрактны Сусвет. Матэматычна яна з’яўляецца разнастайнасцю, якія складаюцца з «падзей», апісаных сістэмай каардынат. Звычайна патрабуецца тры прасторавых вымярэнні (даўжыня, шырыня, вышыня) і адно часовае вымярэнне (час). Вымярэнні — гэта незалежныя складнікі каардынатнай сеткі, неабходныя для лакалізацыі кропкі ў пэўнай абмежаванай «прасторы». Напрыклад, на Зямлі шырата і даўгата — гэта дзве незалежныя каардынаты, якія разам адназначна вызначаюць становішча. У прасторы-часу каардынатная сетка, якая распасціраецца ў 3+1 вымярэннях, лакалізуе падзеі (замест проста кропкі ў прасторы), г. зн. час дадаецца як яшчэ адно вымярэнне ў каардынатнай сетцы. Такім чынам, каардынаты вызначаюць дзе і калі адбываюцца падзеі. Аднак адзіная прырода прасторы-часу і яго незалежнасць ад выбару каардынат дазваляюць выказаць здагадку, што каб выказаць часовую каардынату ў адной сістэме каардынат, неабходныя як часовая, так і прасторавая каардынаты ў іншай сістэме каардынат. У адрозненне ад звычайных прасторавых каардынат, у прасторы -часу ўзнікае паняцце светлавога конусу, які накладае абмежаванні на дапушчальныя каардынаты, калі адна з іх ўсюды павінна быць часовай. Гэтыя абмежаванні цвёрда звязаныя з асаблівай матэматычнай мадэллю, якая адрозніваецца ад эўклідавай прасторы з яе відавочнай сіметрыяй.
У адпаведнасці з тэорыяй адноснасці, Сусвет мае тры прасторавых вымярэнні і адно часовае вымярэнне, і ўсе чатыры вымярэнні арганічна звязаны ў адзінае цэлае, з’яўляючыся амаль раўнапраўнымі і ў пэўных рамках (гл. нататкі ніжэй) здольнымі пераходзіць адно ў адно пры змене назіральнікам сістэмы адліку.
У рамках агульнай тэорыі адноснасці прастора-час мае і адзіную дынамічную прыроду, а яго ўзаемадзеянне з усімі астатнімі фізічнымі аб’ектамі (целамі, палямі) і ёсць гравітацыя. Такім чынам, тэорыя гравітацыі ў рамках АТА і іншых метрычных тэорый гравітацыі ёсць тэорыя прасторы-часу, які лічыцца не плоскім, а здольным дынамічна змяняць сваю крывізну.
Да пачатку XX стагоддзя час лічыўся незалежным ад стану руху, які праходзіць з пастаяннай хуткасцю ва ўсіх сістэмах адліку; аднак затым эксперыменты паказалі, што час запавольваецца пры вялікіх хуткасцях адной сістэмы адліку адносна іншага. Гэта запаволенне, названае рэлятывісцкім запаволеннем часу, тлумачыцца ў спецыяльнай тэорыі адноснасці. Запаволенне часу пацвердзілі шматлікія эксперыменты, такія як рэлятывісцкае запаволенне распаду мюонаў ў патоку касмічных прамянёў і запаволенне атамнага гадзінніка на борце касмічнага чоўна, ракеты і самалётаў адносна устаноўленага на Зямлі гадзінніка. Працягласць часу таму можа мяняцца ў залежнасці ад падзей і сістэмы адліку.
Тэрмін прастора-час атрымаў шырокае распаўсюджванне далёка за межамі трактоўкі прасторы-часу з нармальнымі 3+1 вымярэннямі. Гэта сапраўды злучэнне прасторы і часу. Іншыя прапанаваныя тэорыі прасторы-часу ўключаюць дадатковыя вымярэнні, звычайна прасторавыя, але існуюць некаторыя абстрактныя тэорыі, якія ўключаюць дадатковыя часовыя вымярэнні, і нават такія, якія ўключаюць вымярэнні, якія не з’яўляюцца ні часовымі, ні прасторавымі (напрыклад, суперпрастора). Колькі вымярэнняў неабходна для апісання Сусвету — гэтае пытанне да гэтага часу адкрытае. Абстрактныя тэорыі, такія як тэорыя струн, прадказваюць 10 або 26 вымярэнняў (з М-тэорыяй, якая прадказвае 11 вымярэнняў: 10 прасторавых і 1 часовае), але існаванне больш за чатыры вымярэнняў мела б значэнне толькі на субатамныя узроўні.