Фізика> Чотиривимірний простір і час
Ми існуємо в чотиривимірному просторі-часі, де впорядкування деяких подій може залежати від спостерігача.
завдання навчання
- Розібратися в основних висновках спеціальної теорії відносності.
Основні пункти
- Ми існуємо в чотиривимірний Всесвіту. перші три виміри - просторові, а четверте - час.
- Система координат фізичних спостерігачів об'єднана перетворенням Лоренца.
- Ніщо не може перевищити світлову швидкість.
- Елемент лінії - незмінна величина в спеціальній теорії відносності.
- Перетворення Лоренца - об'єднує координати простору-часу систем відліку.
Функціонування в чотирьох вимірах
Давайте поглянемо на двох спостерігачів, які прямують відносно один одного зі стабільною швидкістю. Позначимо їх як А і А '. Перший створює просторово-часову систему координат t, x, y, z, а другий - t ', x', y ', z'. Помітно, що обидва існують в чотиривимірному світі, де три виміри відводяться простору і одне - часу.
В обох конструкція переміщається зі скоростьюv по відношенню до несжимаемой системі
Вас не повинна лякати робота з чотирма вимірами, бо кожен раз, коли ви бачите когось, то стикаєтеся з цим явищем. Тобто, ви все життя перебували в чотирьох вимірах, просто швидше за все вважали час і простір повністю роздільними.
переміщення світла
Припустимо, що в певний момент в просторі-часі з'являється світловий промінь. Обидва спостерігача обчислює, яку дистанцію він виконав за часовий проміжок. У спостерігача А:
(Δt, Δx, Δy, Δz), де Δt = t - t0 (t - час, в якому проводилося вимірювання; t0 - час, за який світло включався).
Δt ', Δx', Δy ', Δz', де ми встановлюємо систему так, щоб обидва спостерігача перебували в згоді (t0. X0. Y0. Z0). Через незмінності швидкості світла обидва співвідносяться:
Тут T, X, Y, Z відносяться до координат в будь-якій системі. Є правило, якого повинні дотримуватися всі світлові шляху. Для загальних подій можна визначити величину:
s 2 = -c 2 Δt 2 + Δx 2 + Δy 2 + Δz 2
Це елемент лінії, який буде однаковим для всіх спостерігачів. Якщо ми візьмемо безліч всіх перетворених координат, що становлять незмінну величину, то отримаємо перетворення Лоренца. У підсумку, системи координат всіх фізичних спостерігачів об'єднуються цим показником:
Поділ між точками простору-часу визначається через:
s 2> 0: подібно до простору.
s 2 <0: как время.
Ми поділяємо ці події, тому що всі вони різні. Наприклад, в подібному простору поділі завжди можна відшукати перетворення координат, яка скасовує впорядкування часу подій.
Космічні просторові розриви
Погляньмо на дві катастрофи в Нью-Йорку і Лондоні. Вони відбулися в один час і в єдиному кадрі. Тут просторово-часовий поділ виступає подібним простору. Чи будуть вони одночасними - відносний питання: в деяких системах - так, а в інших - ні.
Подібні часу і нульові просторово-тимчасові розриви
Тимчасові або нульові події не поділяють цю властивість, тому між ними виникає причинно-наслідковий порядок. Тобто, дві події відокремлені у часі і здатні впливати. Справа в тому, що вони можуть посилати світловий сигнал від однієї точки в іншу.
Спеціальна теорія відносності
Енергія об'єкта, що переміщається зі швидкістю v, дорівнює:
(M0 - маса об'єкта в стані спокою, а m = γm0 - маса, коли об'єкт переміщується). Ця формула відразу показує, чому неможливо обігнати світлову швидкість. При v → c, m → ∞, і для прискорення об'єкта потрібно нескінченну кількість енергії.