Почему время должно измерением быть?

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.

На поверхности земли нам обычно нужно две координаты для определения местоположения: широта и долгота, или положение по осям, направленным с севера на юг и с Запада на Восток. Только в том случае, если вы хотите спускаться под землю или подниматься над поверхностью, для описания вашей позиции вам понадобится третья координата - высота/глубина, или ваше положение по вертикальной оси. Ведь если кто-то находится точно там же, где и вы, с точки зрения широты и долготы, но при этом он расположен в туннеле под землёй или на вертолёте над вашей головой - нельзя сказать, что он находится там же, где и вы. Для описания вашего расположения в пространстве требуются три независимых частички информации.

Но пространство - время сложнее просто пространства. Положение стула, на котором вы сейчас сидите, можно описать тремя координатами - x, y и z. но сейчас на нём сидите вы, а час назад, вчера или десять лет назад это могло быть не так. Чтобы описать событие, то знания, где оно происходит, не достаточно; кроме этого необходимо знать, когда, то есть, вам нужна временная координата, t. впервые это сыграло большую роль в теории относительности, когда мы рассуждали о проблеме одновременности. Представьте себе два разных места, соединённых путём, по которому два человека идут, каждый из своего места, в другое.

Их поход можно представить, поставив два пальца с разных рук на две начальные точки, и проведя ими по направлению к цели. В какой-то момент им придётся пройти друг мимо друга, то есть ваши пальцы окажутся в одном месте в одно и то же время. В теории относительности это известно как одновременное событие, и оно может произойти, только при совпадении всех пространственных компонентов и всех временных компонентов двух различных физических объектов.
В этом нет ничего противоречивого, и это объясняет, почему нам нужно рассматривать время как измерение, в котором мы двигаемся, точно так же, как и любое из пространственных измерений. Но именно сто Эйнштейна подвигла его бывшего профессора Германа минковского разработать теорию, объединяющую три пространственных и одно временное измерение.

Мы понимаем, что для передвижения в пространстве нужно передвигаться во времени; если в данный момент времени вы находитесь тут, вы не можете находиться в другом месте в это же время - вы можете попасть туда только попозже. В 1905 году сто Эйнштейна научила нас тому, что скорость света является всеобщим пределом скорости, при приближении к ней вы начинаете испытывать странные явления замедления времени и сокращения расстояний. Но крупнейший прорыв произошёл в 1907-м, когда минковский осознал, что из относительности Эйнштейна следует удивительный вывод: с математической точки зрения время ведёт себя так же, как пространство, за исключением с, скорости света в вакууме, и i, мнимой единицы ( - 1.

Лишь в том случае, если сложить все эти открытия вместе, получится новая картина вселенной, связанная с нашим движением в её рамках:
* если вы не двигаетесь и остаётесь в том же месте пространства, вы двигаетесь во времени с максимальной скоростью.
* чем быстрее вы двигаетесь в пространстве, тем медленнее вы двигаетесь во времени, и тем короче кажутся вам пространственные расстояния в вашем направлении движения.
* если у вас нет массы, вы можете двигаться со скоростью света, мгновенно перемещаясь в направлении вашего движения, без всякого течения времени.

С физической точки зрения последствия этого поразительны. Это значит, что всем безмассовым частицам присуща стабильность, поскольку для них не существует течения времени. Это значит, то нестабильные частицы, вроде мюона, созданные в верхних слоях атмосферы, могут достичь поверхности земли, несмотря на то, что умножив их время жизни (2, 2 мкс) на скорость света, мы получим расстояние в 660 метров, что сильно меньше пути, который им необходимо совершить. И это значит, что если вы возьмёте пару идентичных близнецов, оставите одного на земле, а другого отправите в релятивистское путешествие в космос, то второй близнец по возвращению окажется моложе первого, поскольку для него пройдёт меньше времени.

Как писал в 1908 году минковский:
Теории о сути пространства и времени, которые я хочу вам продемонстрировать, выросли на почве экспериментальной физики, из чего и происходит их сила. Они радикальны. Впредь пространство само по себе и время само по себе обречены обратиться в тени, и независимой реальностью останется только их объединение.
Сегодня формулировка пространства - времени ещё более общая, в неё включена присущая пространству кривизна - так обобщается сто. Но причина того, что время - такое же измерение, как пространство, состоит в том, что мы постоянно движемся сквозь него, а записывают его в виде "3 1" (а не просто 4) потому, что увеличение движения через пространство уменьшает движение через время, и наоборот.

Интересно то, что все, вне зависимости от их движения сквозь пространство по отношению ко всем остальным, будут видеть одинаковые правила, одинаковые действия и последствия. В случае если бы время не было таким измерением, законы относительности не работали бы, и концепция абсолютного пространства могла бы быть обоснованной. Чтобы физика работала так, как она работает, нам необходимо, чтобы время имело свойство измерения, и вселенная беспрестанно обеспечивает нас подобными явлениями.
Итан сигель - астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги "За Пределами Галактики" Beyond The Galaxy, и "трекнология: наука звёздного пути" Treknology . источник: Geektimes. ru наука@Science_Newworld.