Spațiul și timpul patru-dimensional

Fizica> Spațiul și timpul patru-dimensional

Existăm în spațiu-timp patru-dimensional, unde ordonarea anumitor evenimente poate depinde de observator.

Obiectivul de învățare

Înțelegem principalele concluzii ale teoriei speciale a relativității.

Puncte cheie

Noi existam in universul patru-dimensional. Primele trei dimensiuni sunt spațiale, iar al patrulea este timpul.
Sistemul de coordonate al observatorilor fizici este unificat de transformarea Lorentz.
Nimic nu poate depăși viteza luminii.

Elementul liniei este o valoare constantă în teoria specială a relativității.
Transformarea Lorentz combină coordonatele cadrelor de referință spațio-temporale.

Funcționarea în patru dimensiuni

Să ne uităm la doi observatori care se mișcă unul cu celălalt la o viteză stabilă. Le numim A și A ". Primul creează un sistem de coordonate spațiu-timp t, x, y, z și al doilea - t ', x', y ', z'. Se observă că ambele există într-o lume în patru dimensiuni, unde trei dimensiuni sunt atribuite spațiului și unul în timp.

În ambele, construcția se mișcă cu viteza v în raport cu sistemul incompresibil

Nu trebuie să vă fie frică să lucrați cu patru dimensiuni, deoarece de fiecare dată când vedeți pe cineva, atunci întâlniți acest fenomen. Asta înseamnă că toată viața ta era în patru dimensiuni, pur și simplu probabil că timpul și spațiul erau complet separate.

Mutarea luminii

Să presupunem că la un moment dat apare un fascicul de lumină în spațiu-timp. Ambii observatori calculează ce distanță a făcut în intervalul de timp. Observator A:

(Δt, Δx, Δy, Δz), unde Δt = t - t0 (t este timpul la care a fost efectuată măsurarea și t0 este timpul necesar pentru aprinderea luminii).

Δt ', Δx', Δy ', Δz', unde am stabilit sistemul astfel încât ambii observatori să fie de acord (t0, x0, y0, z0). Din cauza invarianței vitezei luminii, ambele corelează:

Aici T, X, Y, Z se referă la coordonatele din orice sistem. Există o regulă pe care trebuie să o urmeze toate căile luminoase. Pentru evenimentele comune, puteți defini valoarea:

s 2 = -c 2 Δt 2 + Δx 2 + Δ 2 + Δz 2

Acesta este elementul liniei, care va fi același pentru toți observatorii. Dacă luăm setul tuturor coordonatelor transformate care compun o valoare neschimbată, atunci vom obține transformarea Lorentz. Ca rezultat, sistemele de coordonate ale tuturor observatorilor fizici sunt combinați de acest indicator:

Separarea dintre punctele de spațiu-timp este determinată de:

s 2> 0: spațiu asemănător.

s 2 <0: как время.

Noi împărtășim aceste evenimente, pentru că toate sunt diferite. De exemplu, într-o partiție asemănătoare spațiului, puteți găsi întotdeauna o transformare a coordonatelor care suprascrie ordonarea timpului evenimentului.

Discontinuități spațiale cosmice

Să ne uităm la cele două catastrofe din New York și Londra. Au apărut la un moment dat și într-un singur cadru. Aici diviziunea spațială-timp acționează ca spațiu. Vor fi simultane - o problemă relativă: în unele sisteme - da, dar în altele - nu.

Timp similar și discontinuități spațiu-timp zero

Evenimentele de timp sau zero nu împărtășesc această proprietate, deci există o ordine de cauzalitate între ele. Adică, două evenimente sunt separate în timp și sunt capabile să exercite influență. Faptul este că pot trimite un semnal luminos de la un punct la altul.

Teoria specială a relativității

Energia unui obiect care se deplasează la viteza v este:

(m0 este masa obiectului în stare de repaus și m = γm0 este masa atunci când obiectul se deplasează). Această formulă arată imediat de ce este imposibil să depășim viteza luminii. Pentru v → c, m → ∞, și o cantitate infinită de energie este necesară pentru a accelera obiectul.