Laika telpas audums ir konceptuāls modelis, kas apvieno trīs telpas dimensijas un laika ceturto dimensiju. Saskaņā ar labākajām pašreizējām fizikālajām teorijām, telpas laiks izskaidro neparastos relativistiskos efektus, kas rodas, pārvietojoties gaismas ātruma tuvumā, kā arī masīvu priekšmetu kustību Visumā.
Kas atklāja telpas laiku?
Slavenais fiziķis Alberts Einšteins palīdzēja attīstīt telpas-laika ideju kā daļu no savas relativitātes teorijas. Pirms sava novatoriskā darba zinātniekiem bija divas atsevišķas teorijas, lai izskaidrotu fiziskās parādības: Īzaka Ņūtona fizikas likumi aprakstīja masīvu priekšmetu kustību, bet Džeimsa Klerka Maksvela elektromagnētiskie modeļi izskaidroja gaismas īpašības, norāda NASA.
Bet eksperimenti, kas tika veikti 19. gadsimta beigās, liecināja, ka gaismā ir kaut kas īpašs. Mērījumi parādīja, ka gaisma vienmēr pārvietojās ar vienādu ātrumu neatkarīgi no tā. 1898. gadā franču fiziķis un matemātiķis Henri Poincaré sprieda, ka gaismas ātrums varētu būt nepārspējams ierobežojums. Apmēram tajā pašā laikā citi pētnieki apsvēra iespēju, ka objekti mainījās pēc lieluma un masas atkarībā no to ātruma.
Einšteins apvienoja visas šīs idejas savā 1905. gada speciālajā relativitātes teorijā, kurā postulēja, ka gaismas ātrums ir nemainīgs. Lai tā būtu taisnība, telpa un laiks bija jāapvieno vienā ietvarā, kura mērķis bija saglabāt gaismas ātrumu vienādu visiem novērotājiem.
Cilvēks, kurš atrodas ātrdarbīgā raķetē, mērīs laiku, lai kustētos lēnāk, un priekšmetu garums būtu īsāks, salīdzinot ar cilvēku, kurš pārvietojas ar daudz mazāku ātrumu. Tas ir tāpēc, ka telpa un laiks ir relatīvi - tie ir atkarīgi no novērotāja ātruma. Bet gaismas ātrums ir fundamentālāks nekā abi.
Secinājums, ka telpas laiks ir vienots audums, nebija tas, ko Einšteins pats panāca. Šī ideja radās vācu matemātiķim Hermanam Minkovskim, kurš 1908. gada kolokvijā sacīja: "Turpmāk kosmoss pats par sevi un laiks pats par sevi ir nolemts izgaist tikai ēnās, un tikai sava veida abu savienojums saglabās neatkarīgu realitāti. . "
Viņa aprakstītais telpas laiks joprojām ir pazīstams kā Minkowski telpas laiks un kalpo par aprēķinu fonu gan relativitātes, gan kvantu lauka teorijā. Saskaņā ar astrofizikas un zinātnes autora Etāna Sīgeļa teikto pēdējā aprakstīta subatomisko daļiņu dinamika kā lauki.
Kā darbojas laiks-laiks
Mūsdienās, kad cilvēki runā par telpas laiku, viņi to bieži raksturo kā gumijas loksni. Arī tas nāk no Einšteina, kurš, attīstot savu vispārējās relativitātes teoriju, saprata, ka gravitācijas spēks ir saistīts ar līknēm telpas-laika audumā.
Masīvi objekti - piemēram, Zeme, saule vai jūs - telpā rada laika traucējumus, kas liek tai saliekties. Šīs līknes savukārt sašaurina visu Visuma kustības veidus, jo priekšmetiem ir jāiet pa šo saliekto izliekumu. Kustība gravitācijas ietekmē faktiski ir kustība pa telpas-laika pagriezieniem un pagriezieniem.
NASA misija ar nosaukumu Gravity Probe B (GP-B) 2011. gadā izmērīja kosmosa laika virpuļa ap Zemi formu un atklāja, ka tā cieši saskan ar Einšteina prognozēm.
Bet lielai daļai cilvēku joprojām ir grūti apvilkt galvu. Lai gan mēs varam diskutēt par telpas laiku kā līdzīgu gumijas loksnei, tā tomēr sabojājas. Gumijas loksne ir divdimensionāla, savukārt telpas laiks ir četrdimensiju. Lapā attēloti ne tikai loki telpā, bet arī laika gaitā. Sarežģītie vienādojumi, ko izmanto visa šī uzskaitei, ir sarežģīti pat fiziķiem.
"Einšteins izgatavoja skaistu mašīnu, bet viņš precīzi neatstāja mums lietotāja rokasgrāmatu," Live Science māsas vietnei Space.com rakstīja astrofiziķis Pols Sutters. "Vienkārši braucot pa punktu mājās, vispārējā relativitāte ir tik sarežģīta, ka tad, kad kāds atrod vienādojumu risinājumu, viņi iegūst risinājumu, kas nosaukts viņu vārdā, un pats par sevi kļūst daļēji leģendārs."
Ko zinātnieki joprojām nezina
Neskatoties uz sarežģītību, relativitāte joprojām ir labākais veids, kā uzskaitīt fiziskās parādības, par kurām mēs zinām. Tomēr zinātnieki zina, ka viņu modeļi ir nepilnīgi, jo relativitāte joprojām nav pilnībā saskaņota ar kvantu mehāniku, kas izskaidro subatomisko daļiņu īpašības ar ārkārtīgi precīzu precizitāti, bet neietver gravitācijas spēku.
Kvantu mehānika balstās uz faktu, ka niecīgie biti, kas veido Visumu, ir diskrēti vai kvantēti. Tātad fotoni, daļiņas, kas veido gaismu, ir kā mazi gaismas gabali, kas nonāk atšķirīgās paciņās.
Daži teorētiķi ir domājuši, ka, iespējams, pats telpas laiks nonāk arī šajos kvantētajos gabalos, palīdzot pārvarēt relativitāti un kvantu mehāniku. Eiropas Kosmosa aģentūras pētnieki ir ierosinājuši Starptautiskās Gamma-ray Astronomy Laboratory for Space-Time Quantum Exploration of Space-Time (GrailQuest) misiju, kas lidotu ap mūsu planētu un veiktu ultra-precīzus tālu, spēcīgu sprādzienu, ko sauc par gamma-staru pārrāvumiem, mērījumus, kas varētu atklāt telpas laika tuvumu.
Šāda misija netiks uzsākta vismaz pusotru desmit gadu laikā, bet, ja tā notiktu, tā, iespējams, palīdzētu atrisināt dažus no lielākajiem noslēpumiem, kas paliek fizikā.
