Чотиривимірний простір і час

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:

Чотиривимірний простір і час

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.

розділ Фізика

Схожі статті