Простір-час

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Двовимірна ілюстрація викривлення простору-часу поблизу масивного тіла

Про́стір-час — штучний математичний 4-вимірний простір подій.

Положення будь-якої події в просторі-часі відносно спостерігача задається чотирма величинами з розмірністю довжини: ct, x, y, z, де c — швидкість світла, t — час, а решту величин задають місце події.

Точки простору-часу називаються світовими точками. Руху частинки в просторі-часі відповідає лінія, яку називають світовою лінією.

Віддаль між світовими точками задається просторово-часовим інтервалом.

Координати ct, x, y, z зв'язані з певною системою відліку, а при переході від однієї системи відліку до іншої перетворюються як компоненти 4-вектора. Система відліку не обов'язково повинна бути інерційною. В полі гравітації багатьох тіл інерційну систему відліку вибрати неможливо. Тому простір-час викривлений. На великій віддалі від масивних тіл це викривлення незначне, поблизу таких тіл ним нехтувати не можна.

Загалом властивості простору-часу описуються метричним тензором. Метричний тензор повинен задовольняти основним рівнянням загальної теорії відносності — рівнянням Ейнштейна.

Історія поняття[ред.ред. код]

Давньогрецький філософ-матеріаліст Левкіпп Мілетський, один із основоположників атомістики, запровадив у науці три нових поняття: абсолютна пустота: атоми, що рухаються в цій пустоті; механічна необхідність. Він говорив: «Рух неможливий без пустоти. Пустотаж є небуття. Жодна річ не виникає безпричинно, але все виникає на якій-небудь підставі і через необхідність». Давньогрецький філософ-матеріаліст Демокріт Абдерійський, один із перших представників атомізму, стверджував: «В одих світах немає ні Сонця, ні Місяця, удругих вони більші, ніж у нашому, а в третіх – численніші. В одних областях існує більше світів, в інших – менше. В одних областях світи виникають, не можуть реалізуватися. Є світи, де немає живх істот, рослин і вологи», Питання щодо значення простору і часу виникли дуже давно, про них багато міркували ще давньогрецькі філософи. До нас дійшли мудрі думки і цікаві припущення Фалеса Мілетського, Піфагора, Демокріта, Епікура, Арістотеля і Птолемея. Грецька натурфілософія раннього періоду народилася десь у Vll солітті до н. е. на малоазіатському узбережжі Середземномор'я. Одним із перших пояснив явища природи і побудував наукову модель навколишнього світу Фалес із поліса (міста-держави) Мілета. Він припускав, що Всесвіт є результатом метаморфоз (якісних і кількісних перетворень) єдиної першоосновної субстанції – води. Плоска Земля, на думку мілетськго мудреця, плавала у Світовому океані, а землетруси відбувалися через хвилювання глибинних вод. Багато видатних відкриттів в астрономії зробили китайські і арабські вчені, крім того, вони переклали праці античних філософів і повторно ознайомили з ними західну цивілізацію. На перший погляд простором є все, що нас оточує, а час вимірюється звичайним годинником. Проте якщо глибше замислитися над цими питаннями, то відразу ж виникають труднощі . Що є головним, найсуттєвішим у властивостях простору і часу? Чим відрізняється простір і час космічних світів від мікроскопічних простору і часу всередині елементарної частинки? Чи можна якимось чином впливати на ці властивості, наприклад стиснути простір і розтягнути час? І взагалі, природі притаманні такі властивості? Можливо, припустимі такі форми матерії, що існують поза часом і простором? Для пошуку відповідей на ці запитання необхідно вирушити в глибоку безодню космосу на самісінький край Метагалактики (спостережуваної області Всесвіту). Природно, що для оцінювання таких відстаней потрібні спеціальні одиниці виміру, що дорівнюють відставанням, які проходить найшвидший переносник інформації – світло (із швидкістю 300 000 кілометрів за секунду) – за одиницю часу світлова секунда, світлова година і навіть світловий рік. Крім того, широко використовується добре відомий із науково-фантастичної літератури на космічні теми термін «парсек» (паралакс за секунду), що становить 3,26 світлового року. Якщо вважати, що наш Всесвіт розширяється зі швидкістю світла, то оцінки космічного простору і часу в основному збігаються. Наприклад, уточнений радіус нашого Світу становить 13,7 мільярда світлових років і має вік стільки ж «простих» років. Найдивніше в структурі реальності, що нас оточує, - це глибокі зв'язки між фізичними процесами, які доступні нам для спостереження в мікро- і макросвіті. Сучасна фізика стверджує, що властивості простору тісно пов'язані з властивостями часу. Уявлення про той час, протягом якого відбуваються в мікросвіті явища, можна отримати, якщо пригадати, що поширення світла – найшвидший процес у природі. Відповідно мінімальні відстані, які ще можна «роздивитися» за допомогою сучасних прискорювачів – синхрофазотронів, циклотронів і колайдерів,- світлова хвиля проходить за 10-28 секунди. Це найкоротший відрізок часу, із яким ми маємо справу сьогодні у фізичних експериментах. Прискорювачі заряджених елементарних частинокбетатрони – можуть розганяти електрони до таких високих енергій, коли стає можливим вивчати деталі, розміри яких у кілька десятків разів менші від розмірів електрона. Тут уже починають виявлятися властивості фізичного вакууму – «непустої пустоти», дуже складної і цікавої основи всього нашого Світу. Проте до опанування масштабів гіпотетичних цеглинок Світобудови – квантів простору і часу – ще дуже далеко (10-44 секунди – тривалість хронокванта, як його іноді називають). Менших же відрізків простору і часу, якщо вірити сучасній теорії, в природі не існує. Сучасна фізична теорія стверджує, що навколишній Світ складається з безлічі «позачасових» Всесвітів. Кожний із таких Всесвітів посідає певну точку на Стрілі космічного часу, і всі разом вони послідовно рухаються по ній від минулого до майбутнього. Незважаючи на уявну простоту і наочність, це досить цікава модель, що по-своєму пояснює багато парадоксів квантової механіки і космології. Зокрема, концепція атемпорального (позачасового) Мультиуніверсуму (множинного Всесвіту) дає змогу по-новому подивитися на реальність, що нас оточує. Оригінальна модель імовірних Світів, із яких складається Мультивсесвіт, була запропонована в середині минулого століття американським фізиком Х'юго Евереттом і згодом широко розвинута патріархом космології Дж. Уїллером. Згідно із запропонованою професором Уїллером «залізничною аналогією», наш Світ можна уявити у вигляді експреса, який мчить на шаленій швидкості. На стрілках, що перемикаються випадковим чином, наш поїзд – Всесвіт – уходить в колію тієї чи іншої реальності. У кожному з цих Всесвітів можуть діяти свої фізичні закони, що втілюють ту або іншу реальність. Тут можуть дійсно існувати фантастичні світи, подібні до описаних Гаррі Гаррісоном у романі «Захід Едему», у яких перемогла еволюція розумних динозаврів або членнистоногих з епопеї Коліна Уїлсона «Світ павуків».

Висновок:[ред.ред. код]

Простір і час – це гранично загальні поняття, більш загальні важко навіть уявити. Такі граничні поняття вивчаються філософією, що якраз і є наукою про найзагальніші закони природи. У фізичних теоріях простір і час звичайно розуміють не так широко, включаючи у їх визначення різні конкретні властивості – протяжність, вимірність, спрямованість і т. ін. Слід, однак, пам'ятати, що всі ці властивості мають обмежену сферу застосовності. Наприклад, у математиці відомо багато нескінченних просторів, де немає такої звичної для нас властивості, як довжина. Можливо, деякі з таких просторово-часових структур і реалізуються де-небудь у глибинах мікросвіту. Ну а про те, що може не мати такої властивості, як відмінність правого від лівого, йшлося вище. Якщо відмінність правого від лівого вважати обов'язковою, невід'ємною властивістю простору, то довелося б визнaти, що деякі мікрооб'єкти існують позапростором. Щодо самого визначення простору і часу, то з цим слід бути дуже обережним – недаремно філософи використавують для цього найзагальніші й абстрактні поняття.

Примітки[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.
Час Це незавершена стаття про час.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.