Torzulások a tér-idő

Több, mint 200 évvel azután, hogy a Principia megjelent, a világ még mindig megértése nélkül a gravitáció mechanizmus. Írja Albert Einstein-egy ember, aki meg kellett változtatni a világot oly sok szempontból. De mielőtt eljutnánk a munkájához, még egy kitérőt kell tennünk.,

nem tudja megmondani, hogy mozog-e (állandó sebességgel)

1632-ben, még mielőtt Newton közzétette híres munkáját, Galileo Galilei írt az idejében ismert tárgyak relatív mozgásáról: hajók.

Ha egy állandó sebességgel közlekedő hajón zárt helyiségben tartózkodik, és az út tökéletesen sima, a tárgyak úgy viselkednek, mint a szárazföldön. Nincs olyan fizikai kísérlet, amelyet elvégezhetne annak megállapítására, hogy mozog-e vagy áll-e (feltéve, hogy nem kukucskál ki egy nyílásból)., Ez az alapötlet a relativitáselmélet mögött, és ugyanaz az oka annak, hogy nem érezzük bolygónk mozgását a Nap körül, vagy a naprendszerünk mozgását a galaxison keresztül.

a tér és az idő összekapcsolódik

közel 300 évvel a Galileo után Einstein egy fontos tényező összefüggésében gondolkodott a relativitás következményein: a fénysebességen., Nem ő volt az egyetlen, aki ezen a témán gondolkodott—más fizikusok akkoriban tisztában voltak azzal, hogy ezen a fronton megválaszolatlan kérdések vannak. De Einstein fogalmazta meg az elméletet – a különleges relativitáselméletetglossaryspeciális relativitásteinstein elmélete a tér és az idő közötti kapcsolatról, a fénysebesség állandóságáról, valamint arról a tényről, hogy a fizikának minden egységes mozgásállapotban azonosnak kell lennie—a meglévő jelenségek magyarázata és új előrejelzések létrehozása., Először úgy tűnik, hogy a speciális relativitáselméletnek nincs sok köze a gravitációhoz, de Einstein számára a gravitáció megértéséhez elengedhetetlen lépés volt.

A mozgó órák lassabban jelennek meg

az Einstein ideje alatt végzett kísérletek azt mutatták, hogy a fénysebesség állandónak tűnt. Nem számít, milyen gyorsan próbál felzárkózni, fény mindig úgy tűnik, hogy zip el tőled közel 300.000.000 méter másodpercenként.

miért fontos ez? Nos, képzeljük el, hogy maga a fényből építünk egy órát., Két tükör egymással szemben helyezkedik el, az óra “kullancsa” pedig az az idő, amely alatt egy fényrészecske az egyik oldalról a másikra és hátra halad.

Most képzeljük el, hogy a barátod, aki egy űrhajó cipzár elmúlt Föld, az egyik ezek az órák., A barátod számára úgy tűnik, hogy az óra normálisan működik—a fény részecskéi felfelé-lefelé haladnak, ahogy az várható volt,és az idő a szokásos módon halad. De az Ön szemszögéből nézve, ahogy a hajó elhalad, a fény mind felfelé, mind lefelé, mind oldalra mozog, a hajóval. A fény minden egyes kullancsmal hosszabb távolságot tesz meg.,

Szóval, ha, az űrutazó, a fény sebessége 300,000,000 m/s, de csak utazni, le-fel; valamint, hogy a Földhözragadt megfigyelő, a fény sebessége 300,000,000 m/s, de el kell utaznia egy hosszabb, átlós távolság; aztán a Földön megfigyelő, az óra több időt vesz igénybe, hogy “kullancs”.,

ezt a hatást időtágulásnak nevezikglossarytime dilatációaz idő lelassulása az egyik megfigyelő számára a másikhoz képest. Minél gyorsabban utazik az űrben, annál lassabban utazik az időben.

perspektíva kérdések

de kinek az ideje valóban lelassult? Ez az ember a Földön, figyeli a barátja zip múlt az ő űrhajó? Vagy az űrhajós, aki azt állítja, hogy marad, amíg a Föld repül?

furcsa módon mindkét nézet érvényes—de csak akkor, ha mindkettő állandó mozgásban van.

illusztrálni, tegyük fel, hogy amikor az űrhajós elhagyta a földet, ő és a barátja azonos korúak voltak. Amikor elhagyja, az űrhajó felgyorsul a Földtől. Amikor visszatér, az űrhajó lassul, hogy elkerülje a kényszerleszállást. Mind a távozás, mind a visszatérés során az űrhajó megváltoztatja a referenciakeret keretétegy megfigyelő fizikai környezete, amely magában foglalja a mozgás állapotát., Az egy autóban utazó személy más referenciakeretben van, mint valaki, aki más sebességgel vagy irányba halad egy autóban, vagy egy gyalogos az út szélén,vagy valaki, aki repülővel utazik, stb .. és az űrhajósunk érzi a mozgás változását. Az űrhajón belül a gyorsulás és a lassulás során végzett kísérletek azt mutatják, hogy valami változik. Ez megtöri a helyzet szimmetriáját, és amikor az űrhajó visszatér a földre, űrhajósunk valóban fiatalabb lesz, mint földi társa.,

a hatások csak akkor észlelhetők, ha valóban, nagyon gyorsan utaznak—de még mindig igaz azt mondani, hogy amikor a mai űrhajósok és vadászpilóták visszatérnek egy nagy sebességű küldetésből, egy kicsit kevesebbet fognak öregíteni, mint a többiek a küldetés során.

A téridő négy dimenziója

ebből kiindulva, ahelyett, hogy a tér három dimenziójára és az idő egy különálló dimenziójára gondolnánk, a “téridő”négy dimenziójának tekinthetjük őket. Minél gyorsabban haladsz az űrben, annál lassabban haladsz az időben, és fordítva.,

mozgó tárgyak összehúzódnak az űrben

a speciális relativitáselmélet másik következménye, hogy a gyorsan mozgó tárgyak mérete, mozgásuk irányában összehúzódnak. (És ismét, ez lesz megfordítva attól függően, hogy kinek a szemszögéből nézel.)

Ez az idő torzításából következik—végül is megmérheti valami hosszát azzal a térmennyiséggel, amelyet valami áthalad az időben (pl. fényévek, fény másodpercek). És bár nehéz elképzelni, hogy egy mozgó tárgy hosszát valaki más szemszögéből mérjük, a hosszösszehúzódás valódi, fizikai hatás, és nem csak pontatlan mérések eredménye.,

az időtágulásból adódó korkülönbségektől eltérően a mozgó tárgy és a megfigyelő újraegyesülése után a hosszösszehúzódás következtében nem keletkeznek maradék hatások.

A gravitáció megértése

Einstein gravitációs leírása ugyanolyan bizarr helyzetekhez vezet,mint a speciális relativitás—időutazás!

A gyorsulás és a gravitáció megkülönböztethetetlen lehet

képzelje el, hogy egy űrhajóban ébred fel, és az űrön keresztül gyorsul., Ahogy egy gyorsuló autó ülésébe tolják vissza, a gyorsuló űrhajó az ellenkező oldalra tolja, amely felé gyorsul. Egy bizonyos gyorsulási sebességnél egy skálakészlet megmondhatja, hogy pontosan ugyanolyan súlyú, mint amikor otthon vagy a Földön.

– Van-e bármilyen fizikai kísérletet tehet keretein belül az űrhajó megmondani, hogy tényleg gyorsul az űrben (feltételezve, hogy nem voltak ablakok, hogy néz ki), vagy ha inkább bent volt egy űrhajó helyhez a felület a Föld? Einstein nemet mondott-ahogy Galileo elképzelte a megkülönböztethetetlenséget egy sima vitorlás hajó belsejében (ablak nélkül zárva) és egy szárazföldön tartózkodó személy között, Einstein rájött, hogy a gyorsulás és a gravitáció hatásai is megkülönböztethetetlenek., Ezt egyenértékűségi elvnek nevezika gravitációs mezőben való létezés hatásai megkülönböztethetetlenek a gyorsított referenciakeretben való létezés hatásaitól.

Space warps under accelerated motion

miután Einstein megfogalmazta az egyenértékűség elvét, a gravitáció kevésbé titokzatos lett., Alkalmazhatta a gyorsulás tudását, hogy jobban megértse a gravitációt.

lehet, hogy tudja, hogy a gyorsulás nem mindig jelenti a sebesség változását, például amikor egy autóban felgyorsul, az ülés hátuljára tolva. Ez irányváltást is jelenthet, például amikor körforgalomba megy, ami az autó oldala felé hajlik.

ennek további kiterjesztése érdekében képzeljünk el egy hengeres farsangi utazást, ahol Ön és utastársai a külső felületre vannak rögzítve. A henger gyorsabban és gyorsabban forog, amíg a gyorsulás enyhül, és a mozgás állandó marad., De még akkor is, ha a sebesség állandó, még mindig érzi a gyorsított mozgást—úgy érzi, hogy az út külső széléhez van rögzítve.

Ha ez a forgó út elég nagy volt, és elég gyors sebességgel haladt, akkor elkezdene észrevenni néhány bizarr hatást az utazáson belül, nem csak a kívül álló személy szempontjából.,

minden forgással az út szélén lévők a henger teljes kerületén haladnak-míg a közepén alig van mozgás. Tehát, ha valaki az út közepén állna (talán egy merevítő tartja, megállítva őket, hogy a szélére esjenek), észrevennék azokat a furcsa hatásokat, amelyeket speciális relativitáselmélet alatt láttunk—hogy a szélén lévők hosszúak lesznek, és az óráik lassabban fognak ketyegni.,

A gravitáció a téridő görbülete

az egyenértékűség elve azt mutatja, hogy a gravitáció és a gyorsulás hatásai megkülönböztethetetlenek. A hengeres út példáján gondolkodva azt látjuk, hogy a gyorsított mozgás tér-és időmegszakítást eredményezhet. Einstein itt kötötte össze a pontokat, hogy azt sugallja, hogy a gravitáció a tér és az idő torzítása. A gravitáció az univerzum görbülete, amelyet hatalmas testek okoznak, ami meghatározza az objektumok által megtett utat. Ez a görbület dinamikusan mozog, ahogy azok a tárgyak mozognak.,

Ez az elmélet, az általános relativityGLOSSARYgeneral relativityEinstein gravitációs elmélete, jósolja mindent a kering a csillagok, hogy az ütközés aszteroidák, hogy az alma leesik egy ágat, hogy a föld—minden, amit elvárhatunk egy a gravitáció elmélete.,

téridő markolatok tömeg, mondja meg, hogyan kell mozogni… Tömegmarkolatok téridő, mondja meg, hogyan kell görbe fizikus John Wheeler