Что такое пространственно-временной континуум?)))

Основы математики пространства-времени

Преобразования Галилея

Рисунок 3-1. Пространство-время Галилея и сложение скоростей.

Основная цель состоит в том, чтобы иметь возможность сравнивать измерения, сделанные наблюдателями, которые находятся в движении относительно друг друга. Скажем, у нас есть наблюдатель O в системе отсчёта S, который измерил временные и пространственные координаты события, присвоив этому событию три декартовых координаты и время, измеренное на его решётке синхронизированных часов (x, y, z, t) (см. Рисунок 1-1). Второй наблюдатель O’ в другой системе отсчёта S’ измеряет то же самое событие в его системе координат и его решётке синхронизированных часов (x’ , y’ , z’ , t’ ). Поскольку мы имеем дело с инерциальными системами отсчёта, не один наблюдатель не находится под действием ускорения. Простой набор уравнений позволяет связать координаты (x, y, z, t) с (x’ , y’ , z’ , t’ ). Учитывая, что две системы координат находятся в стандартной конфигурации, что означает, что они выровнены параллельно координатам (x, y, z) и что t = 0, когда t’ = 0, преобразование координат выглядит следующим образом:[15][16]

На рисунке 3-1 показано, что в теории Ньютона время является универсальным.[17]:36-37 Рассмотрим следующий мысленный эксперимент: красная стрелка иллюстрирует поезд, который движется 0,4с относительно платформы. В поезде пассажир стреляет пулей со скоростью 0,4c в системе отсчёта поезда. Синяя стрелка иллюстрирует, что человек, стоящий на железнодорожных путях, измеряет скорость пули 0,8с. Это соответствует нашим наивным ожиданиям.

В более общем плане предположим, что система отсчёта S’ движется со скоростью v относительно системы отсчёта S. В пределах системы S’ наблюдатель O’ измеряет объект, движущийся со скоростью u’ . Какова его скорость u по отношению к системе S? Поскольку x = ut, x’ = xvt, и t = t’ , мы можем написать x’ = utvt = (uv)t = (uv)t’ . Это приводит к u’ = x’ /t’ и в конечном счёте

или

которое является обычным галилеевым законом сложения скоростей.

Видео

Реляционная концепция

Реляционная концепция пространства и времени утверждается в XX веке благодаря созданию теории относительности А. Эйнштейна, хотя ее философское основание можно найти еще в философии Аристотеля и Г. Лейбница. Аристотель отрицал существование пустоты как таковой. Пространство занято материальными телами. По Лейбницу ни абсолютной пустоты, ни чистой длительности, которые бы существовали независимо от материальных тел, нет и не может быть.

В реляционной концепции пространство – это порядок взаиморасположения материальных объектов, а время – последовательность их изменений.

С точки зрения современного естествознания и философии объективная реальность нераздельно связана с пространством, временем и материей (само движение можно определить как единство пространства и времени). Пространство и время – не абсолютны, они определяются теми процессами, событиями, которые в них возникают и существуют.

Технические вопросы

Действительно ли пространство-время искривлено?

В конвенциональных взглядах Пуанкаре существенными критериями, согласно которым следует выбрать евклидову или неевклидову геометрию, является экономичность и простота. Реалист сказал бы, что Эйнштейн обнаружил, что пространство-время было неевклидовым. Традиционалист сказал бы, что Эйнштейн просто счёл более удобным использовать неевклидову геометрию. Традиционалист утверждал бы, что анализ Эйнштейна ничего не сказал о том, какая действительно геометрия пространства-времени.[56]

Стрела времени

Хотя путешествия в прошлое кажутся маловероятными, что можно сказать о другом, привычном для нас факте, что время движется только в одном направлении – в сторону будущего? Мы называем это «стрелой времени». Стрела времени — это, пожалуй, самый очевидный факт, который мы знаем о нашей вселенной, но, тем не менее, не понимаем его до конца. Почему неотъемлемым свойством времени является однонаправленность? Для нас это загадка. С пространством все обстоит иначе. Мы можем поехать в любой город, в любой стране мира. Но время движется в одном направлении. И почему это так, мы пока понять не можем. Почему оно не может идти в обратном направлении? И вообще, что это значит – время движется от прошлого к будущему? Что мы знаем о сущности стрелы времени? Почему мы наблюдаем, как события разворачиваются только в одном направлении? Приходится утешаться ответом, что законы физики не позволяют происходить таким вещам. Хотя на самом деле это не так.

Законы физики это просто математические формулы, которыми мы пользуемся для описания всего, что происходит вокруг нас, от поведения атомов, до вращения галактик. Они разрабатывались и доказывались на протяжении долгих веков, наблюдений и экспериментов. Но к нашему удивлению, законы физики ничего не говорят, о том, что события обязаны разворачиваться в одном направлении, которое мы связываем с течением времени. Согласно этим законам, все вполне может происходить в обратном порядке. В большинстве законов, которыми мы пользуемся для описания процессов в окружающем нас мире, отсутствует концепция стрелы времени. Все эти законы будут работать также хорошо, если события будут происходить в обратном порядке. Получается противоречие между физикой, которая говорит, что все обратимо, и нашей жизнью, которая кажется нам совершенно необратимой. Хотя это и подрывает наше привычное представление, законы физики утверждают, что подобные необычные явления возможны. Но как?

Все мы знаем, что произойдет,  если уронить бокал с вином. Сама мысль, что эти осколки с разбрызганным вином могут как-то вернуться в упорядоченное состояние и снова стать бокалом с вином, кажется абсурдной. Однако согласно законам физики это возможно. Для этого нужно всего лишь поменять направление движения всех этих объектов: каждого кусочка стекла, каждой капли вина, каждой молекулы, атому жидкости, стекла, стола и воздуха, просто поменять их направление на противоположное. И тогда бокал окажется целым.

Итак, если законам физики нет дела до того разбиты стаканы или целы, почему же мы никогда не видим, как они превращаются из разбитых, в целые? Можем ли мы примирить законы физики с нашим повседневным опытом? Видимо в нашем понимании чего-то не хватает. Но чего именно? Что служит причиной возникновения стрелы времени?

Теги