Spás-am

Is éard atá sa spás-am comhnascadh an spáis agus an ama mar aonán matamaiticiúil agus fisiciúil. Taispeánann cothromóidí na coibhneasachta go gcaithfear comhordanáidí teagmhais a mheascadh le chéile chun cuntas cruinn a thabhairt ar an rud a fheicimid.

Cuaire spás-ama

De réir teoiric na coibhneasachta speisialta, tá comhghaol idir na toisí spásúla — fad, leithead is airde — agus an t-am. Tá ráta imeacht an ama ag brath ar ghluaisne an bhreathnóra. Dealraíonn clog atá faoi ghluaiseacht a bheith ag rith níos moille ná clog atá ar fos. D'fhéadfadh breathnóir amháin dhá eachtra a fheiceáil mar rudaí comhuaineacha, ach ní fheicfeadh breathnóir atá faoi ghluaiseacht mar sin iad in aon chor. De réir na teoirice seo, ní dearbhthoise aon cheann de na cheithre thoise. De réir mar a mhéadaíonn luas réada, is amhlaidh a chrapann na toisí spásúla. Ní fiú trácht ar na hiarmhairtí seo ach amháin nuair a bhíonn luas réada gar do luas forleata an tsolais.

Sa bhliain 1906, beagán tar éis gur fhoilsigh Albert Einstein teoiric na coibhneasachta, nocht a iarmhúinteoir Hermann Minkowski dearcadh nua i leith an spáis agus an ama, dearcadh a chuir treise ar airíonna céimseatúla. Tugtar spás-am air seo.

Toisc gur trí thoise atá sa spás agus gur toise amháin atá san am, ní foláir don spás-am a bheith ceathairthoiseach. Creidtear gur “contanam” é toisc, go bhfios dúinn, nach bhfuil aon phointí in easnamh ar an spás ná aon mheandair in easnamh ar an am agus gur féidir iad beirt a fhoroinnt dá bharr gan aon teorainn lena méid ná lena fad. Dá bhrí sin, is gnách le fisiceoirí glacadh leis go bhfuil an domhan neadaithe sa chontanam sin agus gur féidir cur síos ar gach teagmhas agus gach áit de réir mar a bhfuil siad le fáil sa spás-am.^[1]

Ní dhéanann an spás-am éabhlóid; tá sé buan ann féin. Nuair a scrúdaítear rud i bhfianaise an spás-ama, tá gach cáithnín den rud sin le fáil ar a dhomhanlíne. Sin líne atá ag síneadh ón am atá caite go dtí an t-am atá le teacht agus a thaispeánann an áit a bhfuil an cáithnín gach meandar. Má éirionn leat domhanlíne iomlán cáithníní a dhéanamh amach ó na fórsaí atá ag dul i bhfeidhm air, beidh a stair iomlán soiléirithe agat. Ní athraíonn an domhanlíne le himeacht aimsire ach fanann go socair mar atá sí.^[2]

Coincheap matamaiticiúil

Sa mhír ‘Dimension' den Encyclopédie, dúirt Jean le Rond d'Alembert go bhféadfaí a rá go raibh an t-am ina cheathrú toise.^[3] Dúirt Joseph Louis Lagrange sa Traité des fonctions analytiques (1797, 1813) gurbh fhéidir an mheicnic a mheas mar chéimseata ceithre thoise agus anailís mheicniúil mar leathnú anailíse céimseatúla.^[4]

De réir a chéile tugadh cuntas matamaiticiúil ar an gcosmas le cothromóidí difreálacha, le céimseata dhifreálach agus le hailgéabar teibí. Tháinig borradh faoin obair sa 19ú haois agus an teicneolaíocht leictreach ag gríosú leithéidí Michael Faraday agus James Clerk Maxwell chun cur síos ar an ngaol deilíneach idir réimsí leictreacha agus réimsí maighnéadacha. Shíl Maxwell go raibh an dá réimse seo ina réimse leictreamaighnéadach. Tá luach ag na réimsí sin ag gach pointe sa spás-am. Tá struchtúr an spás-ama ag brath ar mheascadh comharthaí leictreacha agus maighnéadacha. Cinntíonn ráta gluaisne breathnóra go háirithe próifílí leictreacha agus maighnéadacha an réimse leictreamaighnéadaigh. Tá leathnú an réimse taobh leis an gcothromóid toinne leictreamaighnéadaí, rud nach foláir spás-am chuige.

Cuireadh síos ar an spás-am mar spás fineach le cruth cuadratach i spás Minkovski sa bhliain 1908.^[5][6]

Sa bhliain 1914 bhain Ludwik Silberstein feidhm as décheathairnín chun teagmhais i spás Minkovski a léiriú. Chomh maith leis sin, léirigh sé na claochluithe Lorentz idir breathnóirí faoi luasanna difriúla mar léarscáilithe décheathairnín.^[7]

Chuir W.R. Hamilton síos ar dhécheathairnín sa bhliain 1853, rud a d’fhág go raibh eolas maith ar mhatamaitic dá leithéid agus go raibh baint ag an gcoibhneasacht leis an matamaitic fheidhmeach. Ba é William Kingston Clifford ba thúisce a chuir an choibhneasacht ghinearálta sa spás-am in iúl,^[8]

B’fhusa tionchar na himtharraingthe ar an am agus ar an spás a shamhlú mar “fhreangadh” nó shíneadh i bhfabraic chéimseatúil an spáis agus an ama, rud a bhí réidh agus leanúnach.

An spás-am sa choibhneasacht ghinearálta

Déantar talamh slán de maidir leis an gcoibhneasacht ghinearálta go bhfuil an spás-am cuartha ag an damhna (fuinneamh). Is féidir cuar am-dhealraitheach a thuiscint mar cheann a bhfuil eatramh am-dhealraitheach idir dhá theagmhas atá an-ghar dá chéile, agus is mar an gcéanna ag chuair sholas-dealraitheacha agus spás-dealraitheacha é.

Is cuar am-dhealraithitheach domhanlíne ruda atá níos moille ná an solas, is cuar solas-dealraitheach domhanlíne cháithnín gan mhais fearacht fótóin, agus b’fhéidir gur cuar spás-dealraitheach í domhanlíne thaiceoin, cáithnín hipitéiseach.^[9]

Spás-am candamaithe

Sa choibhneasacht ghinearálta déantar talamh slán de go bhfuil an spás-am réidh agus leanúnach. Cuireann an mheicnic chandamach in iúl go bhfuil na cáithníní fite fuaite san fhisic. Nuair a dhéantar iarracht ar an dá theoiric seo a thabhairt le chéile, deirtear uaireanta gur ceart go mbeadh an spás-am candamaithe ar an scála is lú.^[10]

Tagairtí

1. Dr. Sten Odenwald, ’What is a space time continuum?’: http://einstein.stanford.edu/content/relativity/q411.html
2. Dr. Sten Odenwald, ’What is a space time continuum?’: http://einstein.stanford.edu/content/relativity/q411.html
3. Jean d’Alembert, ‘Physique, Géométrie,’ Encyclopédie dirigée par Diderot & d'Alembert (1751-1765): ‘Un homme d'esprit de ma connoissance croit qu'on pourroit cependant regarder la durée comme une quatrieme dimension, & que le produit du tems par la solidité seroit en quelque maniere un produit de quatre dimensions; cette idée peut être contestée, mais elle a, ce me semble, quelque mérite, quand ce ne seroit que celui de la nouveauté.’ http://www.lexilogos.com/encyclopedie_diderot_alembert.htm
4. R.C. Archibald (1914) Time as a fourth dimension Bulletin of the American Mathematical Society 20:409.
5. Minkowski, Hermann (1908), ‘Raum und Zeit,’ Physikalische Zeitschrift, iml. 10, lgh 75–88.
6. I spás fineach níl aon phointe ar leith a n-eascródh rud eile uaidh. Dá bhrí sin, níl bunús suite le haon veicteoir agus níl baint ag aon veicteoir le pointe áirithe.
7. Tá claochluithe Lorentz (a chum an fisiceoir Ollannach Hendrik Lorentz) ag cur leis an gcoibhneasacht speisialta, ach léiríodh é roimh an gcoibhneasacht speisialta. Taispeánann na claochluithe cén bhaint atá idir tomhaiseanna spáis agus ama a dhéanann beirt bhreathnóirí difriúla. Féadann breathnóirí atá ag imeacht faoi luasanna difriúla faid, amanna caite agus oird imeachtaí a thomhas le torthaí difriúla.
8. Dúirt sé sa bhliain 1870 nach bhfuil sa damhna ach léiriú ar chuaradh in ilfhillteán spás-ama.
9. Cáithnín hipitéiseach taiceon agus é ag imeacht níos luaithe ná an solas. is dóigh le formhór na bhfisiceoirí nach bhfuil a leithéid ann toisc go sáródh sé dlíthe na fisice.
10. Hussey, Matt (2011). "Spás-am". Fréamh an Eolais. Coiscéim. p. 616.

Foilseacháin

• Ehrenfest, Paul (1920). "How do the fundamental laws of physics make manifest that Space has 3 dimensions?" Annalen der Physik 366: 440.

• George F. Ellis agus Ruth M. Williams (1992). Flat and curved space–times. Oxford University Press. ISBN 0-19-851164-7

• Lorentz, H. A., Einstein, Albert, Minkowski, Hermann]] agus Weyl, Hermann (1952). The Principle of Relativity: A Collection of Original Memoirs. Dover.

• Lucas, John Randolph (1973). A Treatise on Time and Space. London: Methuen.

Tá an t-alt seo bunaithe ar ábhar as Fréamh an Eolais, ciclipéid eolaíochta agus teicneolaíochta leis an Ollamh Matthew Hussey, foilsithe ag Coiscéim sa bhliain 2011. Tá comhluadar na Vicipéide go mór faoi chomaoin acu beirt as ucht cead a thabhairt an t-ábhar ón leabhar a roinnt linn go léir.