Время и Пространство. Происхождение пространства и времени.

Время и Пространство. Происхождение пространства и времени.

Многие исследователи считают, что физика не будет законченной, пока не сможет объяснить поведение пространства, времени и их происхождение.

"Представьте себе, однажды вы просыпаетесь и понимаете, что живете внутри компьютерной игры. В случае если это так, тогда все вокруг, весь трехмерный мир - это всего лишь иллюзия, информация, закодированная на двумерной поверхности".
- Марк ван раамсдонк - физик, университет британской Колумбии, Ванкувер, Канада.

Это сделало бы нашу вселенную с ее тремя пространственными измерениями, своего рода голограммой, источник которой находится в низших измерениях.

Этот "Голографический Принцип" довольно для теоретической физики необычен. Но ван раамсдонк является членом небольшой группы исследователей, которые считают, что это вполне нормально. Просто ни один из столпов современной физики: ни общая теория относительности, которая описывает гравитацию как искривление пространства и времени, ни квантовая механика, не могут объяснить существование пространства и времени. Даже теория струн, описывающая элементарные нити энергии, не может этого сделать.

Ван раамсдонк и его коллеги убеждены, что необходимо дать конкретное представление понятий пространства и времени, пусть даже такое во многом нелепое, как голография. Они утверждают, что радикальное переосмысление реальности является единственным способом объяснить, что происходит, когда бесконечно плотная сингулярность в центре черной дыры искажает пространство - время до неузнаваемости. Оно так же поможет объединить квантовую теорию и общую теорию относительности, а этого теоретики пытаются добиться уже не одно десятилетие.

"Все Наши Опыты Свидетельствуют о том, что Вместо Двух Полярных Концепций Реальности, Должна Быть Найдена Одна Всеобъемлющая Теория".
- абэй аштекар - физик, университет штата пенсильвания, юниверсити - парк, штат пенсильвания.

Гравитация как термодинамика.
Но ради чего все эти попытки? И как найти то самое "Сердце" теоретической физики?

Ряд поразительных открытий, сделанных в начале 1970-х годов, натолкнули на мысль, что квантовая механика и гравитация тесно связаны с термодинамикой.

В 1974 году Стивен хокинг из кембриджского университета в Великобритании показал, что квантовые эффекты в космосе вокруг черной дыры могут привести к выбросу излучения высокой температуры. Другие физики быстро отметили, что это явление является довольно общим. Даже в совершенно пустом пространстве астронавт, испытывающий ускорение, будет ощущать вокруг себя тепло. Эффект слишком мал, чтобы его можно было заметить в случае с космическим кораблем, но само по себе предположение казалось фундаментальным. И если квантовая теория и общая теория относительности правильны (что подтверждается экспериментами), то излучение хокинга действительно существует.

За этим последовало второе ключевое открытие. В стандартной термодинамике объект может излучать тепло только за счет уменьшения энтропии, меры количества квантовых состояний внутри него. То же самое и с черными дырами; еще до появления доклада хокинга в 1974 году Джейкоб бекенштейн, который в настоящее время работает в еврейском университете в Иерусалиме, предположил, что черные дыры обладают энтропией. Но есть разница. В большинстве объектов энтропия пропорциональна числу атомов объекта, а значит и объему. Но энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта событий, границы, из которой даже свет не может вырваться. Как будто в этой поверхности закодирована информация о том, что внутри (прям как двумерные голограммы кодируют трехмерное изображение.

В 1995 году Тед джекобсон, физик из мэрилендского университета в колледж - парке, скомбинировал эти два открытия и предположил, что каждая точка в пространстве находится на крошечном "Горизонте Черной Дыры", который также подчиняется пропорции энтропия - площадь. Даже уравнения Эйнштейна удовлетворяют этому условию (естественно, физик оперировал термодинамическими понятиями, а не пространством - временем.

"Возможно, это Позволит нам Узнать Больше о Происхождении Гравитации", - говорит Якобсон. Законы термодинамики являются статистическими, поэтому его результат позволяет предположить, что гравитация - явление также статистическое (макроскопическое приближение к невидимым компонентам пространства - времени.

В 2010 году эта идея шагнула еще дальше. Эрик верлинде, специалист по теории струн из университета Амстердама, предположил, что статистическая термодинамика пространственно-временных составляющих могла дать толчок закону ньютона о гравитационном притяжении.

В другой работе Тану падманабан, космолог из межвузовского центра астрономии и астрофизики в пуне, показал, что уравнения Эйнштейна можно переписать в форме, идентичной законам термодинамики, как и многие другие альтернативные теории тяжести. В настоящее время падманабан работает над обобщением термодинамического подхода, пытаясь объяснить происхождение и величину темной энергии, таинственной космической силы, ускоряющей расширение вселенной.

Подобные идеи проверить эмпирически крайне сложно, но не невозможно. Чтобы понять, состоит ли пространство - время из отдельных компонентов, можно провести наблюдение за задержкой фотонов высоких энергий, путешествующих к земле от далеких космических объектов, таких как сверхновые и? - Всплески.

В апреле Джованни амелино - камелия, исследователь квантовой гравитации из римского университета, и его коллеги обнаружили намеки именно на подобные задержки фотонов, идущих от? - Всплеска. Как говорит амелино - камелия, результаты не являются окончательными, но группа планирует расширить свои поиски, чтобы зафиксировать время движения нейтрино высоких энергий, создаваемых космическими событиями.

"Если теория не может быть проверена, то наука для меня не существует. Она превращается в религиозные убеждения, которые не представляют для меня никакого интереса".
- Джованни амелино - камелия - исследователь квантовой гравитации, римский университет.

Другие физики на лабораторных испытаниях концентрируются. В 2012 году, например, исследователи из венского университета и имперского колледжа Лондона провели настольный эксперимент, в котором микроскопические зеркала перемещаются при помощи лазеров. Они утверждали, что пространство - время в планковском масштабе приведет к изменению света, отраженного от зеркала.
Петлевая квантовая гравитация.

Даже если термодинамический подход верен, он все равно ничего не говорит о фундаментальных составляющих пространства и времени. В случае если пространство - время представляет собой ткань, то каковы ее нити?

Один из возможных ответов вполне буквален. Теория петлевой квантовой гравитации, которую выдвинул в середине 1980-х аштекар и его коллеги, описывает ткань пространства - времени как растущую паутину из нитей, которые несут информацию о квантованных площадях и объемах областей, через которые они проходят. Отдельные нити сети должны, в конечном итоге, образовывать петли. Отсюда и название теории. Правда, она не имеет ничего общего с гораздо более известной теорией струн. Последние движутся вокруг пространства - времени, тогда как нити и есть пространство - время, а информация, которую они несут, определяет форму пространственно-временной ткани вокруг них.

Петли - это квантовые объекты, однако, они также определяют минимальную единицу площади и, во многом, таким же образом, как и обычная квантовая механика определяют минимальную энергию электрона в атоме водорода. Попытайтесь вставить дополнительные нити меньшей площади, и они просто отсоединятся от остальной сети и не смогут больше связаться ни с чем. Они как бы выпадают из пространства - времени.

Минимальная площадь хороша тем, что петлевая квантовая гравитация не может сжать бесконечное количество кривых в бесконечно малую точку. Это означает, что она не может привести к тем особенностям, когда уравнения Эйнштейна рушатся: в момент большого взрыва или в центре черных дыр.

Воспользовавшись этим фактом, в 2006 году аштекар и его коллеги представили серию моделей, в которых повернули время вспять и продемонстрировали то, что было до большого взрыва. По мере приближения к фундаментальному пределу размера, продиктованному петлевой квантовой гравитацией, сила отталкивания раскрыла и зафиксировала сингулярность открытой, превратив ее в туннель к космосу, предшествующему нашему.

В этом году Родольфо гамбини из республиканского университета Уругвая в Монтевидео и Хорхе пуйин из университета луизианы в Батон-руж представили аналогичные модели, но уже для черной дыры. Лишь в том случае, если двигаться глубоко в сердце черной дыры, то можно обнаружить не сингулярность, а тонкий пространственно-временной туннель, ведущий в другую часть космоса.

Петлевая квантовая гравитация не является полноценной теорией, так как она не содержит никаких других сил. Кроме того, физикам еще предстоит показать, как "Получилось" обычное пространство - время из информационной сети. Но Даниэле орити, физик из института гравитационной физики Макса планка в гольме, надеется найти вдохновение в работе ученых, представивших экзотические фазы материи, которая совершает переходы, описанные квантовой теорией поля. Орити и его коллеги ищут формулы для описания того, как вселенная могла бы проходить аналогичные фазы от набора дискретных петель к плавному и непрерывному пространству - времени.

Причинный ряд.

Разочарования заставили некоторых исследователей придерживаться минималистской программы, известной как теория причинного ряда. Основанная Рафаэлем соркиным, теория постулирует, что строительные блоки пространства - времени - это простые математические точки, связанные либо с прошлым, либо с будущим.

Это "Скелетное" представление причинности, которая утверждает, что более раннее событие может повлиять на более позднее, но не наоборот. В результате сеть как растущее дерево превращается в пространство - время.

"Пространство появляется из точки так же, как температура выходит из атома. Нет смысла говорить об одном атоме, значение заключено в их большом количестве".
- Рафаэль соркинфизик, институт теоретической физики "Периметр" в Ватерлоо, Канада.

В конце 1980-х соркин использовал эту структуру, чтобы представить число точек, которое должна включать вселенная, и пришел к выводу, что они должны быть причиной малой внутренней энергии, которая ускоряет расширение вселенной. Несколько лет спустя открытие темной энергии подтвердило его догадку. "Люди Часто Думают, что Квантовая Гравитация не Может Сделать Проверяемых Предсказаний, но Здесь Именно тот Случай", - говорит Джо хенсон, исследователь квантовой гравитации из имперского колледжа в Лондоне. "Если Значение Темной Энергии Было бы Больше или его не Было бы Совсем, Тогда Теория Причинного Ряда Была бы Исключена".

Причинная динамическая триангуляция.

Едва ли найдутся доказательства, однако теория причинного ряда предложила несколько других возможностей, которые можно было бы проверить. Некоторые физики обнаружили, что гораздо удобнее использовать компьютерное моделирование. Идея, появившаяся в начале 1990-х, состоит в аппроксимации неизвестных фундаментальных составляющих крошечными кусочками обычного пространства - времени, оказавшимися в бурлящем море квантовых флуктуаций, и наблюдении за тем, как эти кусочки спонтанно соединяются в более крупные структуры.

"Первые попытки аппроксимации неизвестных фундаментальных составляющих крошечными кусочками обычного пространства - времени были неудачными. Строительные блоки пространства - времени были простыми гиперпирамидами, четырехмерные прототипы трехмерных тетраэдров, а предполагаемое соединение позволило им свободно комбинироваться. В результате получилась серия странных "Вселенных", в которых было слишком много измерений (или слишком мало), часть из них существовала сама по себе, а часть разрушалась. Это была попытка показать то, что нас окружает. В конце концов, измерение времени не похоже на три измерения пространства. Мы не можем путешествовать назад и вперед во времени, поэтому визуализация была изменена с учетом причинности. Тогда мы обнаружили, что пространственно-временные кусочки начали собираться в четырехмерные вселенные со свойствами, подобными нашей".
- Рената Лолл физик, университет неймегена, Нидерланды.

Интересно, что моделирование также намекает на то, что вскоре после большого взрыва вселенная прошла через младенческую фазу только с двумя измерениями: одно пространственное и одно временное. Это заключение было сделано независимо от попыток получить уравнения квантовой гравитации, и даже независимо от тех, кто полагает, что появление темной энергии является признаком того, что в нашей вселенной появляется четвертое пространственное измерение.

Голография.

Между тем, ван раамсдонк предложил совсем другое представление о появлении пространства - времени, основанное на голографическом принципе. Голограммоподобный принцип того, что у черных дыр вся энтропия находится на поверхности, был впервые представлен Хуаном малдасеной, приверженцем теории струн из института передовых исследований в Принстоне. Он опубликовал свою модель голографической вселенной в 1998 году. В этой модели трехмерный "Интерьер" вселенной включал в себя струны и черные дыры, управляемые исключительно силой тяжести, в то время как ее двумерная граница имела элементарные частицы и поля, подчинявшиеся обычным квантовым законам, а не гравитации.

Гипотетические жители трехмерного пространства никогда бы не увидели эту границу, потому что она была бы бесконечно далеко. Но это никак не влияет на математику: все, что происходит в трехмерной вселенной может быть одинаково хорошо описано уравнениями в случае двумерной границы, и наоборот.

В 2010 году ван раамсдонк объяснил запутывание квантовых частиц на границе. Это означает, что данные, полученные в одной части, неизбежно скажутся на другой. Он обнаружил, что если каждая частица запутывается между двух отдельных областей границы, она неуклонно движется к нулю, поэтому квантовая связь между ними исчезает, трехмерное пространство начинает постепенно делиться (как клетка) до тех пор, пока не порвется последняя связь.

Таким образом, трехмерное пространство делится снова и снова, в то время как двумерная граница остается "на Связи". Ван раамсдонк заключил, что трехмерная вселенная идет бок о бок с квантовой запутанностью на границе. Это означает, что, в некотором смысле, квантовая запутанность и пространство - время - это одно и то же.

Пространство-время. Атомы пространства-времени

Тепло — это случайное движение микроскопических частиц, вроде молекул газа. Поскольку черные дыры могут нагреваться и остывать, было бы разумно предположить, что они состоят из частей — или, если в общем, из микроскопической структуры. И поскольку черная дыра — это просто пустое пространство (согласно ОТО, падающая в черную дыру материя проходит через горизонт событий, не останавливаясь), части черной дыры должны быть частями самого пространства. И под обманчивой простотой плоского пустого пространства скрывается колоссальная сложность.

Даже теории, которые должны были сохранять традиционное представление о пространстве-времени, пришли к выводам, что что-то прячется под этой гладкой поверхностью. Например, в конце 1970-х годов Стивен Вайнберг, сейчас работающий в Техасском университете в Остине, попытался описать гравитацию так же, как описывают другие силы природы. И выяснил, что пространство-время радикально модифицировано в своих мельчайших масштабах.

Физики изначально визуализировали микроскопическое пространство как мозаику из небольших кусочков пространства. Если увеличить их до планковских масштабах, неизмеримо малых размеров в 10-35метра, ученые считают, что можно увидеть нечто вроде шахматной доски. А может и нет. С одной стороны, такая сеть линий шахматного пространства будет предпочитать одни направления другим, создавая асимметрии, которые противоречат специальной теории относительности. Например, свет разных цветов будет двигаться с разной скоростью — как в стеклянной призме, которая разбивает свет на составляющие цвета. И хотя проявления на малых масштабах будет весьма трудно заметить, нарушения ОТО будут откровенно очевидными.

Термодинамика черных дыр ставит под сомнение картину пространства в виде простой мозаики. Измеряя тепловое поведение любой системы, вы можете сосчитать ее части, по крайней мере в принципе. Сбросьте энергию и посмотрите на термометр. Если столбик взлетел, энергия должна распространяться на сравнительно немного молекул. Фактически, вы измеряете энтропию системы, которая представляет собой ее микроскопическую сложность.

Если проделать это с обычным веществом, количество молекул увеличивается вместе с объемом материала. Так, во всяком случае, должно быть: если увеличить радиус пляжного мяча в 10 раз, внутри него поместится в 1000 раз больше молекул. Но если увеличить радиус черной дыры в 10 раз, число молекул в ней умножится всего в 100 раз. Число молекул, из которых она состоит, должно быть пропорциональным не ее объему, а площади поверхности. Черная дыра может казаться трехмерной, но ведет себя как двумерный объект.

Этот странный эффект получил название голографического принципа, потому что напоминает голограмму, которая видится нам как трехмерный объект, а при ближайшем рассмотрении оказывается изображением, произведенным двумерной пленкой. Если голографический принцип учитывает микроскопические составляющие пространства и его содержимого — что физики допускают, хоть и не все — для создания пространства будет недостаточно простого сопряжения мельчайших его кусочков.

Пространство и время физика. Пространство и время в физике

Пространство и время в физике определяются в общем виде как фундаментальные структуры координации материальных объектов и их состояний: система отношений, отображающая координацию сосуществующих объектов (расстояния, ориентацию и т. д.), образует пространство, а система отношений, отображающая координацию сменяющих друг друга состояний или явлений (последовательность, длительность и т. д.), образует время. Пространство и время являются организующими структурами различных уровней физического познания и играют важную роль в межуровневых взаимоотношениях. Они (или сопряжённые с ними конструкции) во многом определяют структуру (метрическую, топологическую и т. д.) фундаментальных физических теорий, задают структуру эмпирические интерпретации и верификации физических теорий, структуру операциональных процедур (в основе которых лежат фиксации пространственно-временных совпадений в измерит. актах, с учётом специфики используемых физ. взаимодействий), а также организуют физ. картины мира. К такому представлению вёл весь исторический путь концептуального развития

Время это. Время

1) в парадигме современного естествознания — исходное и неопределенное понятие; 2) (в системе измерения) основано на наблюдении (или осуществлении периодически повторяющихся процессов) одинаковой длительности: так, для измерения больших интервалов времени пользуются годом. Суточное вращение Земли относительно звезд определяет звездное время, тогда как на практике в большинстве случаев пользуются солнечным временем. В конкретной географической точке (на определенной долготе, дуге большого круга) пользуются понятием местного времени, на практике заменяемого понятием условного поясного времени, отсчитываемого от Гринвичского меридиана. Так московское время оказывается временем 2-го часового пояса. Равномерная система счета времени — эфемеридное время — контролируется наблюдениями обращения Луны вокруг Земли; 3) (в философии) форма возникновения, становления, течения, разрушения в мире, а также его самого вместе со всем тем, что к нему относится. Объективное время, определенное в п. 2, следует отличать от субъективного, которое основано на осознании времени (см. Времени сознание).

Познание — это...

Цивилизация имеет тенденцию к развитию. Происходит это благодаря потребности человека в получении новых знаний: стремлению к пониманию неизвестного, духовному совершенствованию и любопытству.

Первым о теории познания заговорил Платон: он определил этот термин как получение знаний об окружающей среде и явлениях, в ней происходящих.

Познание – это деятельность , включающая в себя разные методы и приемы добывания информации о мире .

Как и все другие виды деятельности, познание имеет свою структуру :

1. субъект – тот, кто совершает действия, направленные на получение знаний. Например, вы читаете эту статью, чтобы узнать, что представляет собой познание. В данном случае вы являетесь субъектом познавательной деятельности;
2. объект – то, что изучается. То, на что направлена деятельность субъекта. Используя выше упомянутый пример, можно сказать, что объектом вашей познавательной деятельности является понятие «познание»;
3. мотивы – простым языком это то, зачем мы что-то делаем (см. что такое мотивация ). В данном контексте различают практические и теоретические мотивы.
   1. Первые сподвигают овладевать знаниями для дальнейшего использования с целью улучшения качества жизни (учеба в институте дает профессию, которая кормит).
   2. Вторые основываются на получении удовольствия просто от самого процесса познания (прочитать статью и пополнить закрома своих знаний);
4. цель познавательной деятельности заключается в получении истинных, достоверных знаний о мире, понимании, как устроена реальность на самом деле;
5. результат – это собственно само знание о предмете или явлении. Иногда получение результата происходит неосознанно, не запланировано. Например, если ребенок будет играть со стеклянным предметом и разобьет его, в ту же минуту он узнает, что стекло очень хрупкое и обращаться с ним нужно бережно, хотя изначально такой цели не было.

Пространство и время это. Что такое пространство и время?

Пространство и время традиционно рассматривались в философии и науке как основные формы существования материи, ответственные за расположение, структурность и протяженность отдельных элементов материи относительно друг друга и за закономерную координацию сменяющих друг друга явлений. Характеристиками пространства считались однородность - одинаковость свойств во всем пространстве и изотропность - независимость свойств от направления. Время также считалось однородным, т.е. любой процесс в принципе повторим через некоторый промежуток времени. С этим свойством связана симметрия мира, которая имеет большое значение для его познания. Пространство рассматривалось как трехмерное, а время как одномерное и идущее в одном направлении - от прошлого к будущему. Время необратимо, но во всех физических законах от перемены знака времени на противоположный ничего не меняется и, стало быть, физически будущее неотличимо от прошедшего.

Таким образом, пространство есть всеобщая объективная форма существования материи, являющаяся необходимым условием возникновения и движения конкретных материальных систем. Понятие «пространство» выражает:

• - взаимное расположение материальных систем (объектов) впереди, позади, вне, внутри, около, далеко, близко и т. д.;
• - способность их занимать определенный объем, иметь протяженность - длину, ширину и высоту;
• - свойство материальных объектов иметь определенную форму, структуру.

Для определения положения в пространстве необходимо задать три координаты - широту, долготу и высоту. Это означает, что пространство трехмерно. Евклид построил геометрию трехмерного пространства, известную научном обиходе как евклидова геометрия. Для определения положения в пространстве Р. Декарт ввел прямоугольную систему координат -x,y,zДубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах: учеб. пособие. Стр. 69..

«Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься -- и вот я уже не знаю, что есть время», -- слова, сказанные много веков назад Августином Блаженным, верны и в наши дни. Но это не значит, что над сущностью времени не надо вообще задумываться. И на пороге нового тысячелетия мы подводим итоги своих знаний о природе времени, чтобы затем вновь отправиться в путешествие сквозь годы, познавая суть времени все лучше и все глубже.

Время есть всеобщая объективная форма существования движущейся материи, являющаяся необходимым условием возникновения и изменения конкретных материальных систем и выражающая структурность, темп и длительность материальных процессов, и объективную последовательность событий. Следовательно, понятие «время» выражает также всеобщее свойство таких материальных систем и процессов, как:

• - длительность существования предметов, систем и развития их отдельных фаз, сторон, ступеней и т.д.;
• - порядок следования и смена состояний, известная последовательность процессов (до, после, одновременно и т.п.).

Несмотря на отдельное описание их свойств, пространство и время - это не самостоятельные сущности, а коренные формы бытия, существования движущихся материальных систем. Пространство и время представляют собой формы, в которых проявляется активность материи. Им присущи такие всеобщие свойства, как объективность, безграничность и бесконечность, единство абсолютности и относительности, прерывности и непрерывности. Так, например, они абсолютны в том смысле, что составляют всеобщие условия всякого бытия, они относительны, потому что в своих конкретных свойствах зависят от состояния движущейся материи.

Несмотря на наличие общих свойств, пространство и время имеют свою специфику, а в ряде существенных свойств они различны. Пространство трехмерно и обладает свойством симметрии, а время - одномерно и однонаправленно, течет от прошлого к настоящему и от него к будущему. В одномерном времени, его необратимости выражен непосредственный характер связи между меняющимися состояниями материальных объектов. А также охарактеризована общая тенденция следования одних материальных явлений за другими; переход от низших форм к высшим, от простых к более сложным системным образованиям.

Пространство есть единство бесконечного и конечного. Бесконечность пространства проявляется абсолютным характером движущейся материи, отсутствием каких - либо конечных, застывших состояний, неисчерпаемостью в структурном отношении и качественными превращениями материи. Бесконечность времени состоит в том, что материя вечна в прошлом и будущем, что время - это всеобщая форма существования бесконечной материи.

Конечность пространства выражается в прерывности движения, дискретности и дифференцированности материальных систем. Точно так же время складывается из бесконечного множества длительностей существования отдельных материальных систем, где протекают необратимые процессы.

В физике теория пространства и времени с метафизических позиций была основана Ньютоном. Он различал абсолютные и относительные пространство и время. Относительные пространство и время - это чувственно воспринимаемые зависимости между материальными телами, абсолютные - это математические пространство и время, которые независимы от материи, друг от друга и составляют пустые вместилища для материи. Тела, находясь в пространстве и двигаясь в нем, не взаимодействуют с ним. Пространство, по Ньютону, является абсолютной системой отсчета и остается всегда неподвижным, однородным, обладает всюду, во всех точках и направлениях одинаковыми геометрическими свойствами. Время Ньютон определял как чистую длительность и считал, что оно, также как пространство, служит абсолютной системой отсчета, благодаря чему якобы становится возможным изменение во времени тех или иных реальных процессов, происходящих в пустом пространстве. Но эти реальные процессы, происходящие во времени, не взаимодействуют с абсолютным временем. Это был метафизических взгляд на пространство и время применительно к механическим процессам Гусейханов М.К. Концепции современного естествознания: Учебник. Стр. 70- 72.. О том, как развивались дальнейшие представления и целостная картина представлений о пространстве и времени самых изящных умов разных эпох будет сказано в следующем разделе.

Видео Пространство и время. Что это такое? Квантовая физика

Временное Пространство это. Что такое пространственно-временной континуум

С понятием пространственно-временного континуума сталкивается каждый человек, который изучает физику. Современная теория пространства-времени основывается на том, что все 4 измерения, куда входит и время, равноправны и взаимозаменяемы в расчетах.

Пространственно-временной континуум, или чаще употребляемый в «неофициальной» обстановке термин пространство-время – это физическая модель, описывающая понятие о среде, в которой пребывают все объекты изучаемого физикой мира. Это теоретическая конструкция, которая не является исчерпывающим описанием действительности, но, по возможности, приближается к ней наиболее полно. В настоящее время общепринятой теорией пространственно-временного континуума является описание Эйнштейна, оно обусловлено теорией относительности. Как говорил сам Альберт Эйнштейн, наиболее правильное описание пространства-времени должно быть «так просто, как возможно, но не проще этого». Современная теория пространства-времени имеет 4 измерения, 3 из которых пространственные и одно временное. При этом три координаты пространства и одна времени равноправны, и только от наблюдателя зависит, какая из них будет принята за систему отсчета. То есть, они взаимозаменяемы. Пространство-время имеет динамическую природу, а инструмент, с помощью которого измерения взаимодействуют с физическими телами и объектами – это гравитация . Согласно положениям современной физики, пространственно-временной континуум – это непрерывное многообразие , оно не плоское, но может изменять кривизну динамически, в зависимости от условий. Для многих шокирующим фактом является то, что время ставится в этой теории наравне с остальными координатами. Причина этого в том, что теория относительности основывается на том, что время зависит от скорости наблюдателя, который находится в точке отсчета. Время вовсе не является независимым от измерений пространства , оно неотделимо от них. Наиболее привычной системой является четырехмерное пространство-время, оно оказывается достаточным для решения многих задач. Но в теориях описания Вселенной измерений гораздо больше. Например, бозонный вариант теории суперструн (наиболее старый из ее вариантов) требовал наличия 27 измерений. Сегодня эта теория усовершенствована, количество измерений сведено к 10. Ученые надеются, что удастся компактифицировать теорию до наблюдаемых 4 измерений. Возможно, что остальные дополнительные измерения просто свернуты и имеют панковские размеры. Но в этом случае они все же должны как-то проявляться. Этот вопрос активно изучается физиками в настоящее время.

Время и Пространство. Что есть время?

В 19-ом веке были понятия пространства и времени. Оба описывались координатами, а с помощью некоторых математических формализмов появлялись схожим путем. Однако мысль о том, что пространство и время в некотором роде есть одно и то же, не была в ходу. Но потом появился Эйнштейн с ОТО, и люди начали, в котором пространство и время есть грани некоего единого понятия.Оно вносит множество смыслов в СТО, в которой, к примеру, перемещение с переменной скоростью есть суть вращение в четырехмерном пространстве-времени. И весь этот век физики полагали пространство-время некоей сущностью, в которой пространство и время не имеют фундаментальных различий.Ноработать в контексте сетевой модели пространства? Конечно, можно ввести четырёхмерную сеть, в которой время будет работать так же, как и пространство. А потом просто сказать, что нашей вселенной соответствует некоторая пространственно-временная сеть (или семейство сетей). Каждая сеть должна определяться некоторыми ограничениями: наша вселенная обладает такими и такими свойствами, и, получается, удовлетворяет таким и таким уравнениям. Однако это представляется неконструктивным подходом — он не говорит о том, как вселенная ведет себя, а лишь о том, что если что-то обладает таким-то поведением, то это что-то может быть вселенной.И, к примеру, в контексте программ пространство и время проявляются весьма по-разному. В клеточных автоматах, к примеру, клетки располагаются в пространстве, однако поведение системы возникает в пошаговых изменениях времени. Но вот какой момент: из того, что низкоуровневые правила сильно разграничивают поведения пространства и времени, не следует, что на больших масштабах они не будут вести себя схожим образом — как и полагается в современной физике.

Что такое время. Классическая физика

Классическая физика сложилась до возникновения теории относительности Эйнштейна и квантовой теории. Согласно классической концепции времени, время – непрерывная величина, которая не определяется чем-либо и является априорной характеристикой мира. Время – основное условие протекания каких-либо процессов в мире. Такое время одинаково течет для всех процессов и во всех точках мира, при этом нет ничего, что способно повлиять на ход времени. Несмотря на то, что тела и процессы могут ускоряться и замедляться, течение времени равномерно. В связи с этим с точки зрения классической физики время называют абсолютным. Эти свойства времени описал Исаак Ньютон в своем труде «Математические начала натуральной философии» 1687-го года.

«Математические начала натуральной философии» Исаака Ньютона

В классической механике переход от одной системы отсчета (инерциальной) к другой описывается так называемыми преобразованиями Галилея. Уравнения механики Ньютона по отношению к данным преобразованиям являются инвариантными, из чего выплывает абсолютность времени.

Следует отметить, что в классической физике для времени не выделяется определенная ось, так как в рамках данной концепции течение времени в обратную сторону равносильно обычному его течению.