Мы живём в четырёхмерной Вселенной, где материя и энергия искривляют ткань пространства-времени. Но время совершенно точно отличается от пространства!
Рубрика «пространство-время»
Время — это не просто ещё одно измерение
2024-03-25 в 7:45, admin, рубрики: время, измерения, пространство, пространство минковского, пространство-времяРоль личности в науке: нашли бы мы теорию относительности без Эйнштейна?
2023-10-19 в 13:00, admin, рубрики: ruvds_статьи, гравитационное линзирование, ото, пространство-время, эйнштейн
Законы механики и всемирного тяготения Ньютона прекрасно описывают практически все земные явления, а также движения Луны и планет. В этом смысле Ньютон обеспечил прекрасный синтез двух ранее различных наборов явлений: земных и небесных. Однако, как и в случае со всеми теориями, сочетание экспериментальных результатов и концептуальных рассуждений в конечном итоге заставило отойти от теории тяготения Ньютона и заменить её общей теорией относительности (ОТО) Эйнштейна.
Со временем в теории Ньютона вскрылось в общей сложности три проблемы. Во-первых, концептуальная: согласно ньютону сила тяготения между двумя телами была пропорциональна произведению инерционных масс тел. Таким образом, инерционная масса выполняла двойную функцию. В первую очередь она по определению, была мерой сопротивления объекта изменению скорости. А кроме того, инерционная масса была чем-то вроде «гравитационного заряда». Подобно тому, как электрический заряд определяет силу электростатических сил между двумя заряженными объектами, инерционная масса (она же гравитационный заряд) определяет силу соответствующей гравитационной силы. Именно по этой причине, как установил Галилей, все предметы падают на Землю с совершенно одинаковой скоростью. Причина такого двойного действия — полная загадка в контексте ньютоновской механики, но, по сути, тривиальное следствие эйнштейновской гравитации.
Читать полностью »
Может ли наша реальность быть суммой всех прочих реальностей
2023-02-25 в 21:10, admin, рубрики: время, квантовая физика, мироздание, Научно-популярное, пространство-время, физикаИнтеграл по траекториям, предложенный Ричардом Фейнманом – это одновременно и мощный прогностический аппарат, и философское обоснование того, каков на самом деле мир. Но физики до сих пор затрудняются пользоваться этим инструментом, а также силятся понять, какой в нём смысл.
Введение
Спросите Итана: пространство-время – реальная сущность или просто концепция?
2021-02-28 в 8:45, admin, рубрики: Вселенная, минковский, Научно-популярное, ото, пространство-время, физика, эйнштейн
Схема сильного искривления пространства-времени вблизи горизонта событий чёрной дыры. Чем ближе вы приближаетесь к массивному телу, тем сильнее искривляется пространство. В итоге вы оказываетесь в таком месте, откуда не может убежать даже свет: внутри горизонта событий.
Большинство людей, думая о Вселенной, представляют себе материальные объекты, находящиеся на огромных космических расстояниях друг от друга. Под действием собственной гравитации материя схлопывается, формируя такие космические структуры, как галактики. Газовые облака, сжимаясь, порождают звёзды и планеты. Звёзды испускают свет, сжигая топливо в реакциях ядерного синтеза. Этот свет проходит по всей Вселенной, подсвечивая всё, на что натолкнётся. Однако Вселенная – это не только объекты внутри неё. Есть ещё и ткань пространства-времени, играющая по своим правилам – по правилам общей теории относительности (ОТО). Ткань пространства-времени искривляется в присутствии материи и энергии, при этом само искривление ткани пространства-времени диктует материи и энергии, как им двигаться. Но что такое, конкретно, пространство-время – это нечто «реальное», или просто облегчающий подсчёты инструмент? Об этом нас спрашивает читатель:
Что именно представляет собой пространство-время? Это реальная штука типа атомов, или математический конструкт, используемый для описания того, как масса «порождает» гравитацию?
Отличный вопрос, а его тема достаточно сложна для размышлений. Более того, до появления Эйнштейна наше представление о Вселенной сильно отличалось от текущего. Давайте вернёмся в далёкое прошлое Вселенной, когда у нас ещё не было концепции пространства-времени, и будем двигаться вперёд, до сегодняшнего дня.
Читать полностью »
Спросите Итана: если масса искривляет пространство-время, как оно распрямляется обратно?
2018-07-02 в 13:00, admin, рубрики: гравитация, Научно-популярное, пространство-время, теория относительности, физика, эйнштейн
Кривизна пространства-времени вблизи любого массивного объекта определяется комбинацией массы и расстояния до центра масс. Необходимо учесть и другие параметры, такие, как скорость, ускорение и другие источники энергии.
Материя сообщает пространству, как искривляться, а искривлённое пространство сообщает материи, как двигаться. Это основной принцип ОТО Эйнштейна, впервые связавшей такое явление, как гравитация, с пространством-временем и относительностью. Поместите массу в любой точке Вселенной, и пространство вокруг неё отреагирует искривлением. Но если убрать массу или передвинуть её, что заставляет пространство-время «вставать на место», принимая неискривлённое положение? Такой вопрос задаёт наш читатель:
Нас учат, что масса деформирует пространство-время, а кривизна пространства-времени вокруг массы объясняет гравитацию – к примеру, объект на орбите вокруг Земли на самом деле движется по прямой, лежащей в искривлённом пространстве-времени. Допустим, это имеет смысл, но когда масса (вроде Земли) двигается через пространство-время и искривляет его, почему пространство-время не остаётся искривлённым? Какой механизм распрямляет этот участок пространства-времени, когда масса двигается дальше?
С этим вопросом связано много интересного, и ответ на самом деле может помочь вам понять, как работает гравитация.
Читать полностью »
Математики опровергли гипотезу, призванную спасти чёрные дыры
2018-07-02 в 7:00, admin, рубрики: Научно-популярное, общая теория относительности, принцип космической цензуры, пространство-время, Сингулярность, уравнения эйнштейна, физика, чёрные дыры, эйнштейнМатематики опровергли гипотезу существования сильного принципа космической цензуры. Их работа отвечает на один из наиболее важных вопросов в изучении общей теории относительности и меняет то, как мы рассуждаем о пространстве-времени.
Спустя почти 40 лет после его постановки, математики определились с одним из самых выдающихся вопросов в изучении общей теории относительности. В работе, опубликованной в интернете прошлой осенью, математики Михалис Дафермос и Джонатан Лак доказали, что сильная форма принципа космической цензуры, относящегося к странной структуре чёрных дыр, неверна.
«Лично я считаю эту работу невероятным достижением – качественным скачком в нашем понимании ОТО», — написал мне Игорь Роднянский, математик из Принстонского университета.
Читать полностью »
Спросите Итана: что такое пространство-время?
2017-10-05 в 15:07, admin, рубрики: время, Научно-популярное, ото, пространство, пространство-время, спросите итана, эйнштейн
Все слышали о вещах, связанных с пониманием устройства Вселенной: кот Шрёдингера, парадокс близнецов, E = mc2. Но, несмотря на 100 лет своего существования, общая теория относительности – величайшее достижение Эйнштейна – остаётся загадочной для всех, от обычных людей до студентов и аспирантов, изучающих физику. На этой неделе наш читатель хочет прояснить этот вопрос:
Не могли бы вы как-нибудь написать рассказ с пояснением для обычного человека по поводу метрики, используемой в ОТО?
Перед тем, как добраться до «метрики», начнём с самого начала, и обсудим наши концепции, связанные с Вселенной.
Читать полностью »
Спросите Итана: почему время должно быть измерением?
2017-08-31 в 8:15, admin, рубрики: время, измерения, Научно-популярное, пространственно-временной континуум, пространство, пространство-время, спросите итана, физика
Покадровая съёмка напоминает нам, что фотографии – это снимки, сделанные в определённом месте в определённое время, и каждый следующий момент отличается от предыдущего
Когда мы представляем себе способы перемещения по Вселенной, мы сразу же вспоминаем о трёх измерениях. Вправо-влево, вперёд-назад и вверх-вниз: три независимых направления декартовой решётки. Все они считаются измерениями – пространственными. Но мы часто рассуждаем ещё об одном измерении, другого типа: временном. Но что делает время измерением? На этой неделе читатель задаёт следующий вопрос:
Меня всегда удивлял континуум, состоящий из 3+1 измерения, пространства и времени. Почему всегда пишут о трёх пространственных измерениях и одном временном?
Начнём с изучения известных нам трёх измерений пространства.
Читать полностью »
Создано вещество со свойствами отрицательной массы
2017-04-12 в 13:15, admin, рубрики: конденсат Бозе-Эйнштейна, кротовая норма, научная фантастика, Научно-популярное, отрицательная масса, пространство-время, сверхтекучесть, физика, червоточина, метки: отрицательная масса
Гипотетическая червоточина в пространстве-времени
В теоретической физике, отрицательная масса — это концепция о гипотетическом веществе, масса которого имеет противоположное значение массе нормального вещества (также как электрический заряд бывает положительный и отрицательный). Например, −2 кг. Такое вещество, если бы оно существовало, нарушало бы одно или несколько энергетических условий и проявляло бы некоторые странные свойства. По некоторым спекулятивным теориям, вещество с отрицательной массой можно использовать для создания червоточин (кротовых нор) в пространстве-времени.
Звучит как абсолютная фантастика, но сейчас группе физиков из Университета штата Вашингтон, Вашингтонского университета, Университета OIST (Окинава, Япония) и Шанхайского университета удалось получить вещество, которое проявляет некоторые свойства гипотетического материала с отрицательной массой. Например, если толкнуть это вещество, то оно ускорится не в направлении приложения силы, а в обратном направлении. То есть оно ускоряется в обратную сторону.
Читать полностью »
Спросите Итана №63: рождение пространства и времени
2016-06-22 в 12:01, admin, рубрики: астрономия, Большой Взрыв, время, инфляция, Научно-популярное, пространство, пространство-время, спросите итана, физикаЕсли что-то существовало до Большого взрыва, что это может значить для рождения нашей Вселенной?
Ты можешь попытаться соврать самому себе. Ты можешь говорить себе, что ты вложил всё свое время и все свои усилия. Но ты знаешь правду — и я её знаю.
Дж. Дж. Уатт
Полвека прошло с тех пор, когда крупнейшие предсказания теории Большого взрыва были подтверждены, и навсегда изменили наше представление о Вселенной. Вместо концепции о вечной и бесконечной Вселенной у нас теперь есть понимание, что всё, что мы можем наблюдать, существовало примерно 14 миллиардов лет космического времени, а Солнце и Солнечная система существуют всего лишь треть от этого срока. Что и делает вопрос Себастьяна, заданный в нашей колонке, таким интересным:
Когда началось пространство-время? Когда я был ребёнком, я узнал, что началом всего был Большой взрыв. Теперь, видимо, это представление не совсем верно, поскольку до Большого взрыва была космическая инфляция, а взрыв был вовсе не взрывом, а состоянием, когда Вселенная была горячее и плотнее. Если до Большого взрыва была инфляция, значит, до него было и пространство-время?
Чтобы полностью ответить на вопрос, нам нужно рассмотреть три вещи. Первая – что мы подразумеваем под пространством и временем.
Вы привыкли к обычному понятию пространства – длина, ширина, высота – и времени, которые вы можете представлять себе просто, как ответы на вопросы «когда» и «где». И это не такое уж и плохое представление – но есть две особенности пространства и времени, о которых вам нужно знать, и которые могут показаться не такими интуитивными. Понадобился Эйнштейн, чтобы разобраться в этом, и даже он не справился бы без посторонней помощи!
Читать полностью »