Фота з часовай прамежкай, падобная на гэтую кампазіцыю, нагадвае нам, што фотаздымкі, як правіла, здымаюць месцы ў пэўныя моманты, пры гэтым кожны момант адрозніваецца ад непаўторнай. Крэдыт малюнка: карыстальнік flickr Энтані Пучы.

Спытай Ітан: Чаму час павінен быць вымярэннем?

Вядома, мы рухаемся па ёй проста як космас, але наступствы Эйнштэйна прывялі да таго, каб мы сапраўды разумелі гэта.

"Кантраставаць з жыццём павінна быць старасць, а не смерць. Старасць - пародыя на жыццё, а смерць ператварае жыццё ў лёс: такім чынам ён захоўвае яго, даючы яму абсалютнае вымярэнне. Смерць з часам сыходзіць ». -Сімоне дэ Бавуар

Калі мы думаем пра тое, як мы можам рухацца па Сусвеце, мы адразу ж думаем пра тры розныя кірункі. Злева направа-направа, наперад-назад-назад і ўверх-уніз: тры незалежныя кірункі дэкартавай сеткі. Усе тры з іх лічацца памерамі і, у прыватнасці, прасторавымі памерамі. Але мы звычайна гаворым аб чацвёртым вымярэнні зусім іншага тыпу: часу. Але што робіць час вымярэннем наогул? Вось на гэтым тыдні задайце пытанне Ітана ад Томаса Андэрсана, які хоча ведаць:

Я заўсёды быў здзіўлены кантынуумам 3 + 1 мернага прасторы-часу. Чаму гэта заўсёды 3 [прасторавыя] памеры плюс Час?

Для пачатку паглядзім на тры вымярэння прасторы, з якімі вы знаёмыя.

На паверхні такога свету, як Зямля, для вызначэння месцазнаходжання дастаткова двух каардынатаў, як шырыня і даўжыня. Малюнак: Wikimedia Commons карыстальнік Hellerick.

Звычайна тут, на паверхні Зямлі, патрэбныя дзве каардынаты, каб вызначыць наша месцазнаходжанне: шырыню і даўгату, альбо там, дзе вы знаходзіцеся па восях Зямлі Поўнач-Поўдзень і Усход-Захад. Калі вы хочаце пайсці пад зямлю ці над паверхняй Зямлі, вам патрэбна трэцяя каардыната - вышыня / глыбіня альбо там, дзе вы знаходзіцеся па восі ўверх-уніз, - каб апісаць сваё месцазнаходжанне. У рэшце рэшт, хтосьці ў вашай дакладнай двухмернай лакацыі, шыраце і даўгаце, але ў тунэлі пад нагамі ці ў верталёце, на самай справе не ў тым самым месцы, як вы. Для апісання месцазнаходжання ў космасе патрабуецца тры незалежных інфармацыі.

Ваша месцазнаходжанне ў гэтай Сусвеце апісваецца не толькі прасторавымі каардынатамі (дзе), але і часовай каардынатай (калі). Крэдыт малюнка: карыстальнік Pixabay rmathews100.

Але касмічны час яшчэ больш складаны, чым прастора, і лёгка зразумець, чаму. Крэсла, у якім вы зараз сядзіце, можа мець сваё размяшчэнне, апісанае гэтымі трыма каардынатамі: x, y і z. Але вы таксама зараз занятыя вамі, у адрозненне ад гадзіны таму, учора ці дзесяць гадоў з гэтага часу. Для таго, каб апісаць падзею, ведаць, дзе яна адбываецца, недастаткова; вам таксама трэба ведаць, калі, а значыць, трэба ведаць каардынаты часу, г. зн. Гэта адбылося ўпершыню ў адноснасці, калі мы думалі пра праблему адначасовасці. Пачні з разгляду двух асобных месцаў, злучаных сцежкай, і два чалавекі ідуць з кожнага месца ў іншае.

Дзве кропкі, злучаныя 1-мерным (лінейным) шляхам. Крэдыт малюнка: карыстальнік Wikimedia Commons Simeon87.

Вы можаце візуалізаваць іх шляху, паклаўшы па два пальцы, па адным ад кожнай рукі, на два зыходныя месцы і "ідучы" па кірунку да месца іх прызначэння. У нейкі момант ім трэба будзе прайсці міма адзін аднаго, гэта значыць, што вашыя два пальцы павінны будуць знаходзіцца ў тым жа самым месцы. У адноснасці гэта тое, што вядома як адначасовая падзея, і можа адбыцца толькі тады, калі ўсе кампаненты прасторы і ўвесь час кампаненты двух розных фізічных аб'ектаў выраўнаваны.

Гэта ў асноўным несумненнасць і тлумачыць, чаму час трэба разглядаць як вымярэнне, праз якое мы "прасоўваемся", як і любы з прасторавых вымярэнняў. Але адмысловая тэорыя адноснасці Эйнштэйна прымусіла яго былога прафесара Германа Мінькоўскага распрацаваць пастаноўку, якая аб'яднала тры касмічныя вымярэнні і адзін часовы вымярэнне.

Будзь плоскі ці выгнуты, рух па прасторы таксама аказвае ўплыў на рух у часе. Малюнак: карыстальнік Pixabay JohnsonMartin.

Мы ўсе разумеем, што для перамяшчэння праз прастору патрабуецца рух праз час; калі ты тут, то цяпер не можаш быць дзе-небудзь яшчэ, і толькі туды можна трапіць. У 1905 г. спецыяльная адноснасць Эйнштэйна навучыла нас, што хуткасць святла з'яўляецца універсальным абмежаваннем хуткасці і што, набліжаючыся да яго, вы адчуваеце дзіўныя з'явы пашырэння часу і скарачэння даўжыні. Але, мабыць, самы вялікі прарыў адбыўся ў 1907 годзе, калі Мінкоўскі зразумеў, што адноснасць Эйнштэйна мае надзвычайнае значэнне: матэматычна, час паводзіць сябе сапраўды гэтак жа, як і прастора, за выключэннем каэфіцыента с, хуткасці святла ў вакууме і фактару i , уяўнае лік √ (-1).

Прыклад светлавога конусу, трохмерная паверхня ўсіх магчымых светлавых прамянёў, якія паступаюць і адыходзяць ад пункту ў прасторы-часу. Малюнак: Wikimedia Commons карыстальнік MissMJ.

Злучэнне ўсіх гэтых адкрыццяў дало новую карціну Сусвету, асабліва ў дачыненні да таго, як мы рухаемся праз яе.

  • Калі вы цалкам нерухомыя, застаючыся ў тым самым прасторавым месцы, вы рухаецеся праз час з максімальнай хуткасцю.
  • Чым хутчэй вы рухаецеся ў прасторы, тым павольней вы рухаецеся ў часе і чым карацей прасторавыя адлегласці ў вашым кірунку руху.
  • І калі б вы былі цалкам бязлітасныя, вы б рухаліся са хуткасцю святла, дзе б вы імгненна перамяшчалі кірунак руху, і час для вас не прайшоў бы.
Стацыянарны назіральнік бачыць, як час праходзіць нармальна, але назіральнік, які хутка рухаецца па прасторы, прымушае іх гадзіны працаваць павольней у параўнанні з нерухомым назіральнікам. Малюнак: Майкл Шмід з Wikimedia Commons.

З пункту гледжання фізікі, наступствы дзівяць. Гэта азначае, што ўсе бязмесныя часціцы ўласна ўстойлівыя, бо ніколі не можа прайсці іх. Гэта азначае, што няўстойлівая часціца, падобная на мюон, створаны ў верхняй атмасферы, можа дабрацца да паверхні Зямлі, нягледзячы на ​​тое, што, памножыўшы час жыцця (2,2 мкс) на хуткасць святла, адлегласць (660 метраў) дае значна меншае значэнне, чым адлегласць, якую ён павінен прайсці І гэта азначае, што калі б у вас была пара аднолькавых двайнят, і вы пакінулі аднаго на Зямлі, а другі адправіўся ў космас рэлятывісцкага падарожжа, па вяртанні блізняты былі б значна маладзейшыя, выпрабаваўшы менш часу.

Марк і Скот Келі ў касмічным цэнтры Джонсан, Х'юстан, Тэхас; адзін правёў год у космасе (і старэў крыху менш), а другі застаўся на зямлі. Малюнак: НАСА.

Як сказаў Мінькоўскі ў 1908 г.,

Погляды на прастору і час, якія я хацеў бы закласці, перш чым вы паўсталі з глебы эксперыментальнай фізікі, і ў гэтым і заключаецца іх сіла. Яны радыкальныя. З гэтага часу прастора сама па сабе і час сам па сабе асуджаны згасаць у простай цені, і толькі своеасаблівы саюз двух захавае незалежную рэальнасць.

Сёння фармулёўка прасторы часу яшчэ больш агульная і ўключае ў сябе крывізну, уласцівую самому космасу, і таму абагульнена адмысловая адноснасць. Але прычынны час - гэтак жа добрае вымярэнне, як і прастора, таму што мы заўсёды прасоўваемся па ім, і таму ён часам пішацца як "1" у "3 + 1" (а не проста разглядаецца як яшчэ адзін "1" "4" з'яўляецца таму, што павелічэнне вашага руху праз прастору памяншае ваш рух праз час, і наадварот. (Матэматычна, я туды ўваходзіць.)

Дазваленне вашай камеры прадбачыць рух аб'ектаў праз час - гэта толькі адно практычнае прымяненне ідэі вымярэння часу. Малюнак: Sony, праз https://www.youtube.com/watch?v=wy8TAGFC95o.

Характэрна тое, што любы чалавек, незалежна ад іх руху па прасторы адносна каго-небудзь іншага, убачыць гэтыя самыя правілы, гэтыя самыя эфекты і тыя самыя наступствы. Калі б час не быў такім вымярэннем, законы адноснасці былі б несапраўднымі, і магла б з'явіцца сапраўдная канцэпцыя, напрыклад, абсалютная прастора. Нам патрэбна мернасць часу, каб фізіка працавала так, як яна робіць, і ўсё ж наша Сусвет прадугледжвае гэта так добра. Ганарыцеся, што даеце яму "+1" ва ўсім, што вы робіце.

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!