Tkanina časopriestoru je koncepčný model kombinujúci tri dimenzie priestoru so štvrtou dimenziou času. Podľa najlepších súčasných fyzikálnych teórií časopriestor vysvetľuje neobvyklé relativistické účinky, ktoré vznikajú pri cestovaní blízko rýchlosti svetla, ako aj pri pohybe obrovských predmetov vo vesmíre.
Kto objavil časopriestor?
Slávny fyzik Albert Einstein pomohol rozvíjať myšlienku časopriestoru ako súčasť jeho teórie relativity. Pred svojou priekopníckou prácou mali vedci dve samostatné teórie na vysvetlenie fyzikálnych javov: Fyzikálne zákony Isaaca Newtona opisovali pohyb hmotných objektov, zatiaľ čo elektromagnetické modely Jamesa Clerk Maxwella vysvetľovali vlastnosti svetla podľa NASA.
Pokusy vykonané na konci 19. storočia však naznačovali, že na svetle je niečo zvláštne. Merania ukázali, že svetlo vždy cestovalo rovnakou rýchlosťou, bez ohľadu na to. A v roku 1898 francúzsky fyzik a matematik Henri Poincaré špekuloval, že rýchlosť svetla môže byť neprekonateľným limitom. Približne v tom istom čase zvažovali iní vedci možnosť zmeny veľkosti a hmotnosti objektov v závislosti od ich rýchlosti.
Einstein všetky tieto myšlienky spojil do svojej teórie špeciálnej relativity z roku 1905, ktorá predpokladala, že rýchlosť svetla bola konštantná. Aby to bola pravda, priestor a čas sa museli spojiť do jedného rámca, ktorý sa koncipoval tak, aby udržal rýchlosť svetla pre všetkých pozorovateľov rovnakú.
Osoba v superrýchlej rakete zmeria čas, aby sa pohybovala pomalšie a dĺžka predmetov bola kratšia v porovnaní s osobou cestujúcou oveľa pomalšou rýchlosťou. Je to preto, že priestor a čas sú relatívne - závisia od rýchlosti pozorovateľa. Ale rýchlosť svetla je zásadnejšia ako jedna.
Záver, že časopriestor je jedinou látkou, nebol taký, ktorý sám Einstein dosiahol. Táto myšlienka prišla od nemeckého matematika Hermanna Minkowského, ktorý v kolokviu z roku 1908 povedal: „Od tejto chvíle je priestor sám osebe a čas sám osebe odsúdený na to, aby zmizol iba v tieni, a iba akýsi druh týchto dvoch zachová nezávislú realitu. . "
Vesmírny čas, ktorý opísal, je stále známy ako Minkowskiho vesmírny čas a slúži ako pozadie výpočtov v teórii relativity a kvantového poľa. Ten popisuje dynamiku subatomárnych častíc ako polí podľa astrofyzika a vedeckého spisovateľa Ethana Siegela.
Ako funguje časopriestor
V súčasnosti, keď ľudia hovoria o časopriestore, to často opisujú ako gumu. Aj to pochádza od Einsteina, ktorý si uvedomil, ako rozvíjal svoju teóriu všeobecnej relativity, že gravitačná sila bola spôsobená krivkami v štruktúre časopriestoru.
Masívne objekty - napríklad Zem, Slnko alebo vy - vytvárajú v čase a čase deformácie, ktoré spôsobujú jeho ohýbanie. Tieto krivky zase obmedzujú cesty, ktorými sa všetko vo vesmíre pohybuje, pretože objekty musia sledovať toto zakrivené zakrivenie. Pohyb spôsobený gravitáciou je vlastne pohybom po zvratoch a zákrutách časopriestoru.
Misia NASA s názvom Gravity Probe B (GP-B) v roku 2011 zmerala tvar vesmírneho víru okolo Zeme a zistila, že je v úzkom súlade s Einsteinovými predpoveďami.
Väčšina z toho však zostáva pre väčšinu ľudí zložitá okolo hlavy. Aj keď môžeme diskutovať o časopriestore ako o podobný liste z gumy, analógia sa nakoniec rozdelí. Gumová fólia je dvojrozmerná, zatiaľ čo časopriestor je štvorrozmerná. List reprezentuje nielen osnovy vo vesmíre, ale aj osnovy v čase. Zložité rovnice, ktoré sa za toto všetko považujú, sú zložité, aby s nimi mohli pracovať dokonca aj fyzici.
„Einstein vyrobil krásny stroj, ale presne nám neopustil návod na použitie,“ napísal astrofyzik Paul Sutter pre sesterskú stránku Live Science, Space.com. "Len aby sme sa dostali domov, všeobecná relativita je tak zložitá, že keď niekto objaví riešenie rovníc, dostane riešenie pomenované po nich a samo o sebe sa stane polo legendou."
Čo vedci stále nevedia
Napriek svojej komplikovanosti zostáva relativita najlepším spôsobom, ako vysvetliť fyzikálne javy, o ktorých vieme. Vedci však vedia, že ich modely sú neúplné, pretože relativita ešte stále nie je úplne v súlade s kvantovou mechanikou, ktorá vysvetľuje vlastnosti subatomárnych častíc s extrémnou presnosťou, ale nezahŕňa gravitačnú silu.
Kvantová mechanika spočíva na skutočnosti, že drobné kúsky tvoriace vesmír sú diskrétne alebo kvantifikované. Takže fotóny, častice, ktoré tvoria svetlo, sú ako malé kúsky svetla, ktoré prichádzajú v rôznych balíčkoch.
Niektorí teoretici špekulovali, že do týchto kvantizovaných kúskov možno príde aj časopriestor, ktorý pomáha preklenúť relativitu a kvantovú mechaniku. Vedci z Európskej vesmírnej agentúry navrhli misiu Medzinárodného laboratória pre astronómiu gama lúčov pre kvantové skúmanie vesmírneho času (GrailQuest), ktorá by lietala po našej planéte a uskutočňovala ultra presné merania vzdialených, silných výbuchov nazývaných gama lúče, ktoré môže odhaliť blízku povahu času a času.
Takáto misia by sa nezačala najmenej desať rokov a pol, ale ak by sa tak stalo, pravdepodobne by pomohla vyriešiť niektoré z najväčších záhad, ktoré zostali vo fyzike.
