Исходит из теории относительности Эйнштейна: что такое пространственно-временной континуум

Пространственно-временной континуум представляет собой одну из концепций, которая возникла из теории относительности Эйнштейна. О ней много людей слышали, но не до конца понимают ее, как и связанное с ней уравнение Эйнштейна E=mc2. Увы, пространство-время понять значительно труднее, чем знаменитое уравнение, но это не значит, что к нему нужно относиться как к чему-то непонятному, если человек не является физиком, пишет IFLScience.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Идея пространства-времени основана на том, что оно состоит из четырех измерений: трех пространственных и одного измерения времени. То есть это четырехмерная вещь. События представлены в пространстве-времени четырьмя координатами. Три из них (ширина, длина, высота) зависят от того, где именно что-то происходит, а четвертая координата является временем, когда происходит это событие.

Хотя Эйнштейн сделал концепцию пространства-времени неотъемлемой частью физики с помощью теории относительности, ученые еще за несколько лет до появления теории говорили о едином пространстве-времени. Оба эти понятия объединяет скорость света в вакууме, которая гарантирует, что последствия события требуют времени, чтобы их можно было ощутить в других местах.

Проблема заключается в том, что люди воспринимают время совершенно иначе, чем длину, ширину и высоту. Если, например, мы понимаем, что зашли слишком далеко в определенном направлении, мы можем вернуться назад. Но то же самое нельзя сделать во времени.

Физики пытаются объяснить, почему время так отличается от пространственных измерений. Тем не менее, статус времени как четвертого измерения, пусть и особенного, можно доказать. Ученые уже знают, что время связано с тремя другими измерениями так сильно, что их часто невозможно точно измерить друг без друга.

В условиях, с которыми люди сталкиваются в повседневной жизни, рассмотрение пространства и времени как отдельных частей не является проблемой, поэтому идея пространства-времени настолько противоречива. Но если бы человек мог путешествовать со скоростью, близкой к скорости света, относительно чего-то важного для него, то ситуация была бы совсем иной.

Ключевой особенностью теории относительности является то, что время замедляется при движении со скоростью, близкой к скорости света, по сравнению с ощущением неподвижного наблюдателя. Аналогично, на скорости, близкой к скорости света, пространство сжимается в направлении движения. Это значит, что если путешествующий очень быстро человек измерит два события и сравнит результаты с результатами измерений того, кто двигается более медленно, то он получит разные значения как в пространстве, так и во времени. Но с помощью скорости света, которая необходима для преобразования единиц пространства и времени, оба наблюдателя будут измерять одно и то же пространственно-временное расстояние.

Этот пространственно-временной континуум может быть искривлен гравитацией, которая влияет на время так же сильно, как и на пространство. Ведь известно, что объекты с огромной массой искривляют пространство-время, как и предсказывал Эйнштейн.

Измерения движений массивных объектов, таких как пульсары, друг вокруг друга, подтверждают предсказания теории относительности, которые касаются работы пространства-времени. Эти измерения все еще проводятся, отчасти потому, что существуют теории, альтернативные теории относительности. Но, поскольку в этих теориях принимается природа времени как измерения и его существование в континууме с пространственными измерениями, даже если одна из альтернативных версий теории относительности окажется лучше, это не сделает пространство-время недействительным.

Хотя ученые и знают, что пространственно-временной континуум существует, еще много о нем остается неизвестным. На протяжении десятилетий физики не могут согласовать теорию относительности и квантовую механику. Некоторые ученые считают, что квантованное пространство-время может быть решением этой проблемы, но до сих пор никто не нашел способа сделать это с убедительными доказательствами.

Как уже писал Фокус, ученые считают, что неизвестная сила влияла на эволюцию галактик в ранней Вселенной.