مفهوم فضا زمان چیست و دارای چه ابعادی می باشد
مفهوم فضا زمان یک مدل مفهومی است که سه بعد فضا را با بعد چهارم زمان ترکیب می کند. طبق بهترین نظریه های فعلی فیزیکی، فضا-زمان اثرات نسبی گرایی غیرمعمولی را که از سفر نزدیک به سرعت نور و همچنین حرکت اجرام عظیم در جهان بوجود می آیند، توضیح می دهد.برای مطالعه کامل مقاله تا انتها با مجله علمی آندرومدا مگ همراه باشید.
آلبرت انیشتین فیزیکدان مشهور به عنوان بخشی از نظریه نسبیت خود به توسعه ایده زمان و مکان کمک های زیادی کرد. بر اساس کار او، دانشمندان دو نظریه جداگانه برای توضیح پدیده های فیزیکی داشتند که عبارتند از: قوانین فیزیک آیزاک نیوتون حرکت اجرام عظیم را توصیف می کرد، در حالی که به گفته ناسا، مدل های الکترومغناطیسی جیمز کلرک مکسول خصوصیات نور را توضیح می داد.
اما آزمایشاتی که در پایان قرن نوزدهم انجام شد، حاکی از آن بود که چیز خاصی در مورد نور وجود دارد. اندازه گیری ها نشان داد که نور همیشه، بدون توجه به هر چیزی ، با همان سرعت خودش حرکت می کند. و در سال 1898، هانری پوانكاره، فیزیكدان و ریاضیدان فرانسوی حدس زد كه سرعت نور ممكن است محدودیتی غیر قابل عبور باشد. در همان زمان، محققان دیگر احتمال تغییر اندازه و جرم اجسام را بسته به سرعت آنها در نظر داشتند.
انیشتین در نظریه نسبیت خاص 1905، که فرض می کند سرعت نور ثابت است، همه این ایده ها را با هم جمع کرد. برای درست بودن این موضوع، فضا و زمان باید در یک چارچوب واحد ترکیب شوند تا سرعت نور برای همه ناظران یکسان باشد.
یک فرد در یک موشک فوق سریع در مقایسه با شخصی که با سرعت بسیار کمتری حرکت می کند زمان حرکت کندتر و طول اجسام را کوتاه تر میبیند و احساس میکند. دلیل آن نسبی بودن فضا و زمان است که به سرعت مشاهده گر بستگی دارد. اما سرعت نور اساسی تر از هر دو است.
نتیجه گیری اینكه فضا-زمان به صورت یك پارچه عمل میکند، این موضوع چیزی نبود كه انیشتین خودش به آن رسیده باشد. این ایده از طرف ریاضیدان آلمانی هرمان مینکوفسکی آمده است، که در یک سخنرانی در سال 1908 گفت: “از این پس فضا به خودی خود و زمان به خودی خود محکوم به محو شدن در سایه ها هستند و فقط نوعی اتحاد این دو یک واقعیت مستقل را حفظ خواهد کرد. ”
فضا-زمانی که وی توصیف کرد هنوز به عنوان فضا-زمان مینکوفسکی شناخته می شود و به عنوان زمینه محاسبات هم در نسبیت و هم در تئوری میدان کوانتوم عمل می کند. طبق گفته اتان سیگل ، اخترفیزیکدان و نویسنده، مورد دومی پویایی ذرات زیر اتمی را به عنوان میدان توصیف می کند.
امروزه، وقتی مردم در مورد فضا-زمان صحبت می کنند، غالباً آن را شبیه یک لاستیک توصیف می کنند. این نیز از طرف انیشتین ناشی می شود، وی هنگامی که نظریه نسبیت عام خود را توسعه داد ، فهمید که نیروی گرانش ناشی از منحنی های موجود در فضا-زمان است.
اجسام عظیم – مانند زمین، خورشید یا شما در فضا-زمان تحریفاتی ایجاد می کنند که باعث خم شدن آن می شود. این منحنی ها، به نوبه خود، روشهای حرکت همه چیز در جهان را محدود می کند، زیرا اجسام باید مسیرهای انحنای پیچ خورده را دنبال کنند. حرکت ناشی از گرانش در واقع حرکت در امتداد پیچ و تابهای فضا-زمان است.
مأموریت ناسا به نام Gravity Probe B (GP-B) در سال 2011 شکل گرداب فضا-زمان اطراف زمین را اندازه گیری کرد و دریافت که از نزدیک با پیش بینی های انیشتین مطابقت دارد.
اما بسیاری از اینها حلقه سر خود را برای بیشتر افراد دشوار است. اگرچه می توان زمان و مکان را شبیه به یک ورق لاستیک دانست، اما در نهایت این قیاس از بین می رود. و این به یک لاستیک دو بعدی تبدیل می وشد ، در حالی که فضا-زمان چهار بعدی است. این شکل لاستیک مانند فقط تاب خوردن در فضا را نشان نمی دهد، بلکه در زمان نیز تاب می یابد. معادلات پیچیده ای که برای محاسبه همه این موارد استفاده می شود حتی برای فیزیکدانان برای کار دشوار است.
پاول ساتر ، متخصص فیزیک نجومی ، برای سایت های لایو ساینس، Space.com ، نوشت: “اینشتین ماشین زیبایی درست کرد، اما دقیقاً کتابچه راهنمای کاربر را برای ما باقی نگذاشت.” “فقط برای رسیدن به این نکته، نسبیت عام آنقدر پیچیده است که وقتی کسی راه حل معادلات را کشف می کند، راه حل را به نام خود می گیرد و در نوع خود به یک افسانه تبدیل می وشد.”
علی رغم پیچیدگی این موضوع، نسبیت بهترین راه برای محاسبه پدیده های جسمی است که از آنها می دانیم. با این وجود دانشمندان می دانند که مدل های آنها ناقص است زیرا نسبیت هنوز کاملاً با مکانیک کوانتوم سازگار نیست، این امر خصوصیات ذرات زیر اتمی را با دقت بسیار زیاد توضیح می دهد اما نیروی جاذبه را در بر نمی گیرد.
مکانیک کوانتوم بر این واقعیت استوار است که بیت های ریز تشکیل دهنده جهان گسسته یا کوانتیزه هستند. بنابراین فوتون ها، ذراتی که نور را تشکیل می دهند، مانند تکه های نوری کوچک هستند که در بسته های مشخصی قرار دارند.
برخی از نظریه پردازان حدس می زنند که شاید خود فضا-زمان نیز در این قطعات کوانتیزه شده وجود داشته باشد و به پل ارتباطی و مکانیک کوانتوم کمک کند. محققان آژانس فضایی اروپا آزمایشگاه بین المللی نجوم اشعه گاما برای تحقیقات کاوش کوانتومی زمان-فضا (GrailQuest) را پیشنهاد داده اند که می تواند در اطراف سیاره ما وجود داشته باشد و حرکت کند و اندازه گیری های بسیار دقیق انفجارهای دور و قدرتمند به نام انفجارهای اشعه گاما را انجام دهد. این می تواند ماهیت فضا-زمان را از نزدیک نشان دهد.
چنین مأموریتی حداقل برای یک دهه و نیم آغاز نمی شود اما اگر انجام شود، واین موضوع شاید به حل بزرگترین اسرار باقی مانده در فیزیک کمک کند.