Виходить із теорії відносності Ейнштейна: що таке просторово-часовий континуум

Просторово-часовий континуум — це одна з концепцій, яка виникла з теорії відносності Ейнштейна. Про неї багато людей чули, але не до кінця розуміють її, як і пов'язане з нею рівняння Ейнштейна E=mc2. На жаль, простір-час зрозуміти значно важче, ніж знамените рівняння, але це не означає, що до нього потрібно ставитися як до чогось незрозумілого, якщо людина не є фізиком, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Ідея простору-часу ґрунтується на тому, що він складається з чотирьох вимірів: трьох просторових і одного виміру часу. Тобто це чотиривимірна річ. Події представлені в просторі-часі чотирма координатами. Три з них (ширина, довжина, висота) залежать від того, де саме щось відбувається, а четверта координата є часом, коли відбувається ця подія.

Хоча Ейнштейн зробив концепцію простору-часу невід'ємною частиною фізики за допомогою теорії відносності, учені ще за кілька років до появи теорії говорили про єдиний простір-час. Обидва ці поняття об'єднує швидкість світла у вакуумі, яка гарантує, що наслідки події потребують часу, щоб їх можна було відчути в інших місцях.

Проблема полягає в тому, що люди сприймають час зовсім інакше, ніж довжину, ширину та висоту. Якщо, наприклад, ми розуміємо, що зайшли занадто далеко в певному напрямку, ми можемо повернутися назад. Але те ж саме не можна зробити в часі.

Фізики намагаються пояснити, чому час так відрізняється від просторових вимірів. Проте статус часу як четвертого виміру, нехай і особливого, можна довести. Учені вже знають, що час пов'язаний із трьома іншими вимірами так сильно, що їх часто неможливо точно виміряти один без одного.

В умовах, із якими люди стикаються в повсякденному житті, розгляд простору та часу як окремих частин не є проблемою, тому ідея простору-часу настільки суперечлива. Але якби людина могла подорожувати зі швидкістю, близькою до швидкості світла, щодо чогось важливого для неї, то ситуація була б зовсім іншою.

Ключовою особливістю теорії відносності є те, що час сповільнюється під час руху зі швидкістю, близькою до швидкості світла, порівняно з відчуттям нерухомого спостерігача. Аналогічно, на швидкості, близькій до швидкості світла, простір стискається в напрямку руху. Це означає, що якщо людина, яка подорожує дуже швидко, виміряє дві події та порівняє результати з результатами вимірювань того, хто рухається повільніше, то вона отримає різні значення як у просторі, так і в часі. Але за допомогою швидкості світла, яка необхідна для перетворення одиниць простору і часу, обидва спостерігачі вимірюватимуть одну й ту саму просторово-часову відстань.

Цей просторово-часовий континуум може бути викривлений гравітацією, яка впливає на час так само сильно, як і на простір. Адже відомо, що об'єкти з величезною масою викривляють простір-час, як і передбачав Ейнштейн.

Вимірювання рухів масивних об'єктів, таких як пульсари, один навколо одного, підтверджують передбачення теорії відносності, які стосуються роботи простору-часу. Ці вимірювання все ще проводяться, почасти тому, що існують теорії, альтернативні теорії відносності. Але, оскільки в цих теоріях приймається природа часу як виміру і його існування в континуумі з просторовими вимірами, навіть якщо одна з альтернативних версій теорії відносності виявиться кращою, це не зробить простір-час недійсним.

Хоча вчені й знають, що просторово-часовий континуум існує, ще багато про нього залишається невідомим. Протягом десятиліть фізики не можуть узгодити теорію відносності та квантову механіку. Деякі вчені вважають, що квантований простір-час може бути вирішенням цієї проблеми, але досі ніхто не знайшов способу зробити це з переконливими доказами.

Як уже писав Фокус, учені вважають, що невідома сила впливала на еволюцію галактик у ранньому Всесвіті.