Aegruum
Ruumi-aeg on matemaatiline mudel, mis ühendab ruumi ja aja üheks ideeks, mida nimetatakse kontinuumiks. Seda neljamõõtmelist kontinuumi nimetatakse Minkowski ruumiks.
Nende kahe idee ühendamine aitas kosmoloogial mõista, kuidas universum toimib suurel tasandil (nt galaktikad) ja väikesel tasandil (nt aatomid).
Mitterelativistlikus klassikalises mehaanikas on hea kasutada ruumiaja asemel eukleidilist ruumi, sest aega käsitletakse universaalsena, mille kulgemiskiirus on konstantne ja mis ei sõltu vaatleja liikumisolukorrast.
Kuid relativistlikus universumis ei saa aega eraldada kolmest ruumimõõtmest. See on tingitud sellest, et vaadeldav aja kulgemise kiirus sõltub objekti kiirusest vaatleja suhtes. Samuti aeglustab mis tahes gravitatsioonivälja tugevus objekti aja kulgemist, mida vaatleja näeb väljaspool väljal.
Illustratsioon Maa poolt põhjustatud ruumi ja aja kumerusest.
Täiendavad aspektid
Kõikjal, kus aine eksisteerib, painutab see ruumiaja geomeetriat. Selle tulemuseks on ruumi aja kõver kuju, mida võib mõista gravitatsioonina. Valged jooned paremal oleval pildil kujutavad massi mõju ruumi-ajale.
Klassikalises mehaanikas on ruumi aja kasutamine vabatahtlik, sest aeg ei sõltu liikumisest eukleidilise ruumi kolmes mõõtmes. Kui aga keha liigub valguskiirusele lähedase kiirusega (relativistlikud kiirused), ei saa aega eraldada ruumi kolmest mõõtmest. Seisva vaatleja seisukohalt sõltub aeg sellest, kui lähedal valguse kiirusele objekt liigub.
Ruumi-aja moonutuse kahemõõtmeline analoogia
Ajalooline päritolu
Paljud inimesed seostavad ruumi ja aega Albert Einsteiniga, kes esitas 1905. aastal erirelatiivsusteooria. Kuid see oli Einsteini õpetaja Hermann Minkowski, kes 1908. aastal avaldatud essees pakkus välja ruumi-aja. Tema Minkowski ruumi kontseptsioon on varaseim käsitlus ruumist ja ajast kui ühtse terviku kahest aspektist, mis ongi erirelatiivsusteooria põhiolemus. Ta lootis, et see uus idee selgitab erirelatiivsusteooriat.
Minkowski aegruum on täpne ainult konstantse kiiruse kirjeldamisel. Einstein oli aga see, kes avastas üldises relatiivsusteoorias ruumiaja kõveruse (gravitatsiooni). Üldises relatiivsusteoorias üldistas Einstein Minkowski ruumi-aega, et hõlmata kiirenduse mõju. Einstein avastas, et tema 4-mõõtmelise ruumi aja kujutamise kõverus on tegelikult gravitatsiooni põhjus.
Encyclopedia Britannica 1926. aasta kolmeteistkümnes väljaanne sisaldas Einsteini artiklit pealkirjaga "space-time".
Kirjanduslik taust
Edgar Allan Poe kirjutas kosmoloogiaalase essee pealkirjaga "Eureka" (1848), milles öeldakse, et "ruum ja kestus on üks". See on esimene teadaolev näide, et ruum ja aeg on ühe ja sama asja erinevad arusaamad. Poe jõudis selle järelduseni umbes 90 lehekülje pikkuste arutluste järel, kuid ei kasutanud mingit matemaatikat.
1895. aastal kirjutas H. G. Wells oma romaanis "Ajamasin": "Aja ja ruumi kolme mõõtme vahel ei ole mingit erinevust, välja arvatud see, et meie teadvus liigub mööda seda". Ta lisas: "Teadlased... teavad väga hästi, et aeg on ainult mingi ruum".
Ruumiaeg kvantmehaanikas
Üldises relatiivsusteoorias peetakse ruumi aega sujuvaks ja pidevaks. Kvantmehaanika teoorias ei ole ruumiaeg aga alati pidev.
Seotud leheküljed
- Mõõde
- Manifold
Küsimused ja vastused
K: Mis on teksti järgi kosmoseaeg?
V: Ruumi-aeg on matemaatiline mudel, mis ühendab ruumi ja aega, moodustades neljamõõtmelise kontinuumi, mida tuntakse Minkowski ruumi nime all.
K: Kuidas on ruumi ja aja ühendamine aidanud kosmoloogiale?
V: Ruumi ja aja ühendamine on võimaldanud kosmoloogial paremini mõista, kuidas universum toimib nii suurel tasandil, näiteks galaktikad, kui ka väikesel tasandil, näiteks aatomid.
K: Miks on eukleidilise ruumi kasutamine aegruumi asemel hea mitterelativistlikus klassikalises mehaanikas?
V: Mitterelativistlikus klassikalises mehaanikas on eukleidilise ruumi kasutamine hea, sest aega käsitletakse universaalsena, mille kulgemiskiirus on konstantne ja mis ei sõltu vaatleja liikumisolekust.
K: Miks on aeg relativistlikus universumis lahutamatult seotud ruumi kolme mõõtmega?
V: Relativistlikus universumis ei saa aega eraldada kolmest ruumimõõtmest, sest vaadeldav aja kulgemise kiirus sõltub objekti kiirusest vaatleja suhtes.
K: Kuidas mõjutab gravitatsioonivälja tugevus objekti aja kulgemist?
V: Iga gravitatsioonivälja tugevus aeglustab objekti aja kulgemist, mida vaatleja näeb väljaspool seda välja.
K: Kuidas nimetatakse neljamõõtmelist kontinuumit, mis ühendab ruumi ja aega?
V: Neljamõõtmelist kontinuumit, mis ühendab ruumi ja aega, nimetatakse Minkowski ruumiks.
K: Kuidas on ruumi ja aja ühendamine aidanud kosmoloogial mõista universumit?
V: Ruumi ja aja kombinatsioon on aidanud kosmoloogial paremini mõista universumi toimimist, sealhulgas nii suurel tasandil, näiteks galaktikad, kui ka väikesel tasandil, näiteks aatomid.
