• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Czasoprzestrzeń



    Podstrony: [1] [2] 3 [4]
    Przeczytaj także...
    Przestrzeń euklidesowa – przestrzeń o geometrii euklidesowej. Jest ona naturalnym elementem modeli świata rzeczywistego (łac. geometria = mierzenie ziemi) i stanowi dobre przybliżenie przestrzeni fizycznych w warunkach makroskopowych, jednak nie nadaje się do opisu rzeczywistości w bardzo małych, atomowych, lub bardzo wielkich, astronomicznych, wielkościach. Jednowymiarowa przestrzeń euklidesowa nazywana jest prostą euklidesową, zaś dwuwymiarowa – płaszczyzną euklidesową. Przestrzenie te nazywa się również przestrzeniami afinicznymi euklidesowymi w odróżnieniu od przestrzeni liniowych euklidesowych, znanych szerzej jako przestrzenie unitarne.Mechanika klasyczna – dział mechaniki w fizyce opisujący ruch ciał (kinematyka), wpływ oddziaływań na ruch ciał (dynamika) oraz badaniem równowagi ciał materialnych (statyka). Mechanika klasyczna oparta jest na prawach ruchu (zasadach dynamiki) sformułowanych przez Isaaca Newtona, dlatego też jest ona nazywana „mechaniką Newtona” (Principia). Mechanika klasyczna wyjaśnia poprawnie zachowanie się większości ciał w naszym otoczeniu.
    Porównanie modeli czasoprzestrzeni[]

    Jeżeli wybierzemy dwa zdarzenia np. zapalenie latarni a oraz latarni b na peronie (oznaczone przez a i b) określimy ich położenie w układzie odniesienia związanym z peronem xp(a), yp(a), zp(a) i xp(b), yp(b), zp(b) oraz czas tp(a) i tp(b) i podobnie określimy położenie i czas w układzie związanym z wagonem xw(a), xw(b), …, to:

    Szczególna teoria względności (STW) – teoria fizyczna stworzona przez Alberta Einsteina w 1905 roku. Zmieniła ona sposób pojmowania czasu i przestrzeni opisane wcześniej w newtonowskiej mechanice klasycznej. Teoria pozwoliła usunąć trudności interpretacyjne i sprzeczności pojawiające się na styku mechaniki (zwanej obecnie klasyczną) i elektromagnetyzmu po ogłoszeniu przez Jamesa Clerka Maxwella teorii elektromagnetyzmu.Wszechświat – wszystko, co fizycznie istnieje: cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki i stałe fizyczne określające ich zachowanie. Słowo „wszechświat” może być też używane w innych kontekstach jako synonim słów „kosmos” (w rozumieniu filozofii), „świat” czy „natura”. W naukach ścisłych słowa „wszechświat” i „kosmos” są równoważne.

    W fizyce klasycznej: różnica czasu między tymi zdarzeniami jest identyczna w obu układach odniesienia, a odległość między dwoma zdarzeniami elementarnymi (latarniami) jest jednakowa. Odległość tę oblicza się według wzoru:

    Przestrzeń metryczna – zbiór z zadaną na nim metryką, tj. funkcją, która określa odległość między każdą parą elementów tego zbioru.Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.

    W szczególnej teorii względności, tak określone czasy są różne w różnych układach odniesienia, zjawisko to jest nazywane dylatacją czasu. Również odległość między punktami obserwowana przez różnych obserwatorów jest różna. Ten efekt nazywa się skróceniem Lorentza. Aby oba te efekty były mierzalne, różnica prędkości pomiędzy układami odniesienia musi być dostatecznie duża – porównywalna z prędkością światła.

    Tunel czasoprzestrzenny (ang. wormhole), początkowo też nazywany mostem Einsteina-Rosena – hipotetyczna właściwość topologiczna czasoprzestrzeni będąca rodzajem „skrótu” pomiędzy co najmniej dwoma obszarami Wszechświata lub rodzajem mostu łączącego wszechświaty. Tunele czasoprzestrzenne są przedmiotem poszukiwań i sporów współczesnych fizyków. Nie zanotowano dotąd żadnych obserwacyjnych wskazówek na ich istnienie, choć ogólna teoria względności Alberta Einsteina dopuszcza istnienie tuneli w niektórych modelach czasoprzestrzeni.Czas – skalarna (w klasycznym ujęciu) wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy między zdarzeniami zachodzącymi w tym samym miejscu. Pojęcie to było również przedmiotem rozważań filozoficznych.

    Ale w miejsce odległości wprowadza się pojęcie długość przedziału czasoprzestrzennego (interwału czasoprzestrzennego) pomiędzy zdarzeniami określonego wzorem

    Wielkość ta jest stała w każdym układzie współrzędnych.

    Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.Teorie wielkiej unifikacji (GUT z ang. Grand Unification Theory) – teorie łączące chromodynamikę kwantową i teorię oddziaływań elektrosłabych. Przedstawiają one oddziaływanie silne, słabe i elektromagnetyczne jako przejaw jednego, zunifikowanego oddziaływania. Żadna z dotychczasowych teorii wielkiej unifikacji nie została potwierdzona doświadczalnie.

    W ogólnej teorii względności tak zdefiniowana czasoprzestrzeń jest zakrzywiana przez pole grawitacyjne i jest szczególnym przypadkiem tzw. przestrzeni pseudoriemannowskiej.

    Dla prędkości względnej układów i ciał w nich się poruszających znacznie mniejszych od prędkości światła, relacje czasoprzestrzenne można rozdzielić na niezależne położenie i czas. Relatywistyczna czasoprzestrzeń redukuje się wówczas do klasycznej czasoprzestrzeni euklidesowej.

    Koncepcje z większą liczbą wymiarów[]

    Rozwój pojęcia wielowymiarowej czasoprzestrzeni ściśle wiąże się z rozwojem teorii fizycznych. Mimo braku dowodów na fizyczne istnienie wyższych wymiarów przestrzennych, jest ona współcześnie traktowana jako najbardziej obiecująca hipoteza pozwalająca na unifikację wszystkich praw fizyki.

    Układ odniesienia (fizyka) – punkt lub układ punktów w przestrzeni, względem którego określa się położenie lub zmianę położenia (ruch) danego ciała. Wybrany punkt często wskazuje się poprzez wskazanie ciała, z którym związany jest układ współrzędnych.Czasoprzestrzeń Minkowskiego – przestrzeń liniowa w fizyce i matematyce, która łącząc czas z przestrzenią trówymiarową umożliwia formalny zapis równań szczególnej teorii względności Einsteina. Nazwę zawdzięcza niemieckiemu matematykowi Hermannowi Minkowskiemu, który opisał ją w 1907.

    Koncepcja liczby wymiarów Wszechświata jest związana z ciągiem teorii fizycznych:

  • przestrzeń – trójwymiarowa przestrzeń euklidesowa w mechanice Newtona
  • czasoprzestrzeń – czterowymiarowa przestrzeń pseudoriemannowska opisywana przez teorię względności
  • czasoprzestrzeń o więcej niż 4 wymiarach – n-wymiarowa przestrzeń pseudoriemannowska, w której według teorii strun wibrują struny
  • Od Kaluzy-Kleina do M-teorii[]

    Pierwszą znaną teorią fizyczną wykorzystującą przestrzeń o liczbie wymiarów większej od 4 była teoria Kaluzy-Kleina, która za pomocą postulatu istnienia czterech wymiarów przestrzeni i jednego wymiaru czasowego łączyła ogólną teorię względności i elektromagnetyzm. Była ona jednak niekompletna. Po pierwsze, nie obejmowała wszystkich oddziaływań, a po drugie była niesprawdzalna. Tłumaczyła, że czwartego wymiaru przestrzeni nie widać, ponieważ jest ciasno zwinięty do rozmiarów bliskich długości Plancka (10 m), a jego eksperymentalne badanie wymagałoby użycia astronomicznych energii rzędu 10 elektronowoltów. Z powodu tych niedostatków została w końcu zarzucona w latach 30.

    Wielki Wybuch (ang. Big Bang) – model ewolucji Wszechświata uznawany za najbardziej prawdopodobny. Według tego modelu ok. 13,772 (±0,059) mld lat temu dokonał się Wielki Wybuch – z bardzo gęstej i gorącej osobliwości początkowej wyłonił się Wszechświat (przestrzeń, czas, materia, energia i oddziaływania).Układ współrzędnych – funkcja przypisująca każdemu punktowi danej przestrzeni (w szczególności przestrzeni dwuwymiarowej – płaszczyzny, powierzchni kuli itp.) skończony ciąg (krotkę) liczb rzeczywistych zwanych współrzędnymi punktu.

    W tym czasie rozwinął się inny ważny dział fizyki, mechanika kwantowa, która doprowadziła do narodzin tzw. Modelu Standardowego. Korzysta on z pola Yanga-Millsa, które wprawdzie wywodzi się z teorii Kaluzy-Kleina, ale pomija istnienie dodatkowych wymiarów przestrzennych. Mimo sukcesów doświadczalnych Modelu Standardowego w skali mikroświata nie udawało się uzasadnić wielkiej ilości zaobserwowanych cząstek elementarnych, ani zintegrować go w spójną całość z obowiązującą w skali makro teorią grawitacji. Z powodu porażki teorii wielkiej unifikacji (GUT), idea symetrii w wyższych wymiarach została ponownie podjęta. Stało się jednak jasne, że w tym celu należy użyć większej liczby wymiarów niż w pierwotnej teorii Kaluzy-Kleina.

    Ogólna teoria względności (OTW) – popularna nazwa teorii grawitacji formułowanej przez Alberta Einsteina w latach 1907–1915, a opublikowanej w roku 1916.Pole Yanga-Millsa – pole rządzące oddziaływaniem wszystkich cząstek elementarnych we Wszechświecie. Zostało zaproponowane w 1954 roku przez Chen Ning Yanga i jego ucznia Roberta Millsa. Jest ono uogólnieniem pola Maxwella – wprowadzonego sto lat wcześniej, by m.in. opisać światło – z tym wyjątkiem, że pole Yanga-Millsa dopuszcza obecność ładunku elektrycznego. Dla oddziaływań słabych kwantem odpowiadającym polu Yanga-Millsa jest wuon (bozon W), który może mieć ładunek +1,0,-1 oraz zeton (bozon Z).

    Postulowana liczba wymiarów jest różna w zależności od teorii. W latach 70. teoria supergrawitacji zakładała, że czasoprzestrzeń ma 11 wymiarów, a tzw. teoria strun bozonowych mówiła o 26 (3x8+2) wymiarach. Jej nowsza wersja z lat 80., czyli teoria superstrun, mówi, że wymiarów tych jest 10 (8+2). Założenia obu teorii strun wynikają z właściwości matematycznych funkcji modularnych, a ściślej funkcji Ramanujana (dodatkowe dwa wymiary wiążą się z teorią względności). W M-teorii z lat 90., która unifikuje wszystkie pięć odmian teorii superstrun, czasoprzestrzeń ma 11 wymiarów.

    Przemiana fizyczna (proces fizyczny) – proces, w którym można wyróżnić co najmniej dwa istotnie różniące się stany materii, tzw. początkowy i końcowy. Przemiana fizyczna zmienia właściwości fizyczne obiektu (ciała, substancji lub systemu fizycznego) lub jego stan, np. położenie, prędkość.M-teoria − jedna z potencjalnych teorii wszystkiego, czyli teorii opisującej w uniwersalny, spójny sposób prawa fizyki.

    Fizyczne znaczenie wielowymiarowej czasoprzestrzeni[]

    W największym uogólnieniu wszystkie oddziaływania i cząstki (przy założeniu, że są to drgające struny) można potraktować jako odkształcenia wielowymiarowej czasoprzestrzeni. Jest to podejście analogiczne do uznania grawitacji za zagięcie 4-wymiarowej czasoprzestrzeni w teorii względności, ale dzięki przyjęciu większej liczby wymiarów „pojemność” tej koncepcji jest znacznie większa. Czyni to wielowymiarową czasoprzestrzeń dobrym narzędziem do próby stworzenia Ogólnej Teorii Wszystkiego.

    Teoria superstrun – wersja teorii strun, która łączy ją z supersymetrią. Wersja teorii superstrun, M-teoria, jest jedną z proponowanych teorii wszystkiego. M-teoria przewiduje, że teoria superstrun opisuje tylko część rzeczywistości.Teoria strun (TS) – teoria przewidująca, że podstawowym budulcem materii nie są cząstki w postaci punktu, lecz struny wielkości 10 metra.

    Symetryczna wielowymiarowa czasoprzestrzeń to prawdopodobnie pierwotny kształt naszego Wszechświata sprzed Wielkiego Wybuchu. W myśl tej teorii obecnie obserwowana czterowymiarowa forma powstała poprzez złamanie owej pierwotnej symetrii i ciasne zwinięcie pozostałych wymiarów. Uznanie wielowymiarowej czasoprzestrzeni jako naturalnego stanu z czasów początku Wszechświata wyjaśnia dlaczego tak trudno byłoby wykazać ją eksperymentalnie. Oznaczałoby to bowiem konieczność laboratoryjnego odtworzenia panujących wtedy ekstremalnych warunków.

    Oddziaływania podstawowe (fundamentalne) – oddziaływania fizyczne obserwowane w przyrodzie, nie dające się sprowadzić do innych oddziaływań.Położenie – wielkość fizyczna określająca umiejscowienie danego ciała w przestrzeni względem wybranego układu współrzędnych. Wielkość ta, w zależności od kontekstu, w jakim jest użyta, może występować jawnie jako wektorowa wielkość fizyczna określająca kierunek i odległości danego obiektu od wybranego punktu odniesienia, który umiejscawia się zwykle w początku układu współrzędnych. Wówczas wektor punktu odniesienia do tego ciała nosi nazwę wektora wodzącego.

    Mimo że te zwinięte wymiary mają być o wiele mniejsze niż rozmiary atomu, a więc normalnie niedostrzegalne, to ich istnienie ma poważne konsekwencje. Pozwalają one mianowicie wyrazić prawa fizyczne za pomocą praw geometrii, czyli zredukować fizykę do czystej matematyki. Wobec tego pytanie, jak pośrednio zweryfikować istnienie ukrytych wymiarów, pozostaje zasadne. Niemożność przeprowadzenia takiego dowodu oznaczałaby, że mimo prostoty i piękna takiej konstrukcji jest ona tylko bytem matematycznym, pozbawionym fizycznego sensu.

    Michio Kaku (jap. 加來道雄, Kaku Michio, ur. 24 stycznia 1947 w USA) – amerykański japońskiego pochodzenia,fizyk-teoretyk, profesor, badacz teorii strun, popularyzator nauki, futurolog, autor ponad 70 prac i wielu książek, z których kilka stało się bestsellerami, gospodarz programów radiowych i telewizyjnych. Obecnie pracuje na Uniwersytecie Nowojorskim, gdzie piastuje funkcję dziekana katedry fizyki teoretycznej.Funkcja theta Ramanujana - uogólnia postać funkcji theta Jacobiego, przy zachowaniu ich ogólnych własności. Przy zapisie zgodnym z funkcją theta Ramanujana iloczyn mieszany Jacobiego przybiera najbardziej przejrzystą formę. Funkcja została nazwana na cześć jej twórcy, hinduskiego matematyka samouka Srinivasy Ramanujana.


    Podstrony: [1] [2] 3 [4]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Supergrawitacja (skrót: SUGRA z ang. SUperGRAvity) – fizyczna teoria pola łącząca supersymetrię z ogólną teorią względności. W wyniku jej rozwinięcia o oddziaływania elektromagnetyczne i jądrowe (odrzucona już) kandydatka na tzw. Teorię Wszystkiego.
    Przestrzeń afiniczna (rozmaitość liniowa) – w matematyce, abstrakcyjna struktura formalizująca i uogólniająca geometryczno-afiniczne własności przestrzeni euklidesowych; intuicyjnie: przestrzeń liniowa, w której „zapomniano” jej początek. W przestrzeniach afinicznych można odejmować punkty, by wyznaczyć wektory oraz przesuwać punkt o wektor, tzn. dodawać wektory do punktu. W szczególności, nie ma wyróżnionego punktu, który mógłby służyć za początek. Jednowymiarowa przestrzeń afiniczna nazywana jest prostą afiniczną, a dwuwymiarowa – płaszczyzną afiniczną.
    Symetria – rodzaj symetrii, której podlegają przestrzeń, pola kwantowe, równania pola, lagranżjany, hamiltoniany itp. Symetrie są obecnie podstawowym narzędziem fizyki: z ich istnienia można wywnioskować zasady zachowania (twierdzenie Noether) oraz wszystkie własności cząstek elementarnych, takie jak ładunki, masy i oddziaływania, w których uczestniczą. Jeżeli jakiejś własności nie można wyprowadzić z zasad symetrii, tylko trzeba ją postulować arbitralnie, to teorię taką uznajemy za niekompletną.
    Punkt materialny (masa punktowa) – ciało fizyczne obdarzone masą, ale mające nieskończenie małe rozmiary (będące punktem).
    Pojęcie elementarne z zakresu teorii względności. Zdarzenie jest punktem czasoprzestrzeni, którego współrzędne są tożsame z współrzędnymi przestrzennymi miejsca obserwacji w określonym układzie odniesienia i czasem wykonania. Diagram Minkowskiego może pomieścić co najwyżej dwie współrzędne przestrzenne i zaznacza się na nim zdarzenia mające dwie, a przeważnie jedną współrzędną przestrzenną.
    Teoria Kaluzy-Kleina – teoria w fizyce łącząca teorię względności Einsteina z elektromagnetyzmem Maxwella za pomocą rozszerzenia czterowymiarowej czasoprzestrzeni Minkowskiego o hipotetyczny dodatkowy piąty wymiar.
    Hermann Minkowski (ur. 22 czerwca 1864 w Aleksocie (obecnie Kowno), zm. 12 stycznia 1909 w Getyndze) – niemiecki matematyk i fizyk pochodzenia polskiego i żydowskiego, profesor uniwersytetów w Bonn (od 1893), Królewcu (od 1894), Zurychu (od 1896) i Getyndze (od 1902). Wprowadził idee geometryczne do fizyki matematycznej, teorii względności i teorii liczb.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.045 sek.