زمان تداوم نامحدود است پیشرفت از وجود و حوادث که در ظاهر رخ می دهد غیر قابل برگشت جانشینی از گذشته ، از طریق حضور ، به آینده . این مقدار جزئی از های مختلف است اندازه گیری استفاده می شود به توالی حوادث، به مقایسه طول مدت حوادث و یا فواصل بین آنها، و به تعیین کمیت میزان تغییرات از مقادیر در واقعیت مادی و یا در آگاه تجربه از زمان غالباً به عنوان بعد چهارم، همراه با سه بعد فضایی یاد می شود.
زمان برای توصیف تغییرات مشاهده شده در فضای سه بعدی ، dx / dt ، dy / dt ، dz / dt ، یک پارامتر ضروری است. اگر هیچ تغییر قابل مشاهده ای در نقشه کانتور (x ، y ، z) جهان وجود نداشته باشد (از جمله ما نیز به عنوان کانتور) هیچ پارامتری برای زمان مورد نیاز نخواهد بود.
این تغییرات یک واقعیت آزمایشی است و برای تعریف پارامتر از ساعت شبانه روز استفاده شده است. ساعتها می توانند هر چیزی باشند که به طور مداوم همان (x ، y ، z) را برای یک مکان / نقطه خاص تولید مثل می کند.
زمان ، زمان مناسب است. جرم در حال انتقال انرژی از طریق زمان است ، ما می توانیم آن را "ماندگاری" یا "پیری" یک جسم بنامیم ، به عنوان مترادف زمان. زمان با هر ساعت اندازه گیری می شود. اگر بتوانیم با ساعت خود هماهنگ سازی کنیم ، یک ساعت "مناسب" می شود ، اما هر ساعتی زمان را اندازه گیری می کند. یک ساعت نمی تواند به طور متوالی در دو جهت زمان اندازه گیری کند ، این هیچ ساعتی نخواهد بود.
ما می توانیم از ساعت خود و یا هر ساعت دیگری برای ارزیابی همزمانی وقایع استفاده کنیم ، این بدان معناست که ما لحظه یک رویداد را با ساعت مرجع خود توسط دسته هایی مانند "قبل" ، "بعد" یا "همزمان" مقایسه می کنیم. همزمانی نسبی است و مناسب هر ساعت است.
به طور خلاصه باید بین زمان مناسب اشیا که نمی توانند بخشی از سیستم مختصات یکسان باشند و زمان مختصات یک ساعت مرجع که همه رویدادها را در یک سیستم مختصات قرار می دهد ، تشخیص دهیم.
زمان با مکانیزم فضاسازی به مکانی پیوند می یابد که در آن نوعی بعد چهارم در نظر گرفته می شود. اما جدا از این مکانیسم ، هیچ تشابهی بین مکان و زمان وجود ندارد.
خوب ، من می خواهم یک معادله را به شما ارائه دهم:
$ \textbf{G} = \frac{8\pi G}{c^{4}}\textbf{T} \tag{1}$
این معادله معادله میدان انیشتین نامیده می شود. این معادله در مورد چگونگی حرکت اجسام در "مکان همه وقایع" (Spacetime) به دلیل توزیع ماده-انرژی به ما می گوید. مقدار G را Tensor اینشتین می نامند. این مقدار انحنای این "مکان همه رویدادها" را رمزگذاری می کند ، و به همین دلیل ، به دلیل این "مکان همه وقایع" خمیده ، مانند زمین در اطراف خورشید مسیرهای دیگر اجسام تغییر می کند. و این آشنا به نظر می رسد ، نه؟ خوب ، این فقط اثر انگشت یک سیستم گرانشی است. گرانش نتیجه زمان-زمان منحنی است.
در سمت راست ما اطلاعاتی ازجسم را داریم که انحنا را انجام می دهد. می تواند یک سیاره ، ستاره ، سایر زمینه ها باشد ... کمیت T را سنسور ماده می نامند و این مقدار تمام اطلاعات مربوط به نوع ماده را که خلال زمان خمیده است در بر می گیرد
Spacetime یک صحنه کاملاً ظریف اما دقیق از نظر ریاضی است.
از نظر ریاضی ، می توان زمان فضا را به طور دقیق به عنوان یک منیفولد 4 بعدی توصیف کرد ، که فقط یک نام فنی برای یک نوع فضای چند بعدی است که صاف است. علاوه بر این ، نوعی از فضا است که می توان در آن نقاط نزدیک (که به آنها رویدادها گفته می شود) دارای جدائی های مشخصی هستند (که فواصل نامیده می شوند) ، با یک عملکرد درجه دوم خاص که این فواصل را مشخص می کند.
به طور فیزیکی ، زمان-زمان مجموعه ای از میدان های کوانتومی است که همه جا و هر زمان گسترش می یابد. وقتی کسی درمورد زمان-زمان صحبت می کند ، بر خلاف چیزهایی که در زمان-زمان اشغال می کنند ، معمولاً موردی را در ذهن دارند که این میدان ها در حالت زمینی مشترک (کمترین حالت انرژی) خود قرار دارند. و وضعیت اساسی این مجموعه از میدانهای کوانتومی دارای ویژگی فوق العاده ای است: این لورنتس ثابت است. این به این معنی است که اگر یک مشاهده کننده یا دستگاه اندازه گیری که آن را بازرسی می کند از یک حالت حرکت اینرسی به حالت دیگر تغییر کند ، هیچ تغییری نشان نمی دهد. بنابراین هیچ کاری که می توانید انجام دهید ، نمی تواند زمان فضایی را نشان دهد که "در حال حرکت" هستید. زمان فضایی اینگونه نیست: مانند چیزی نیست که بتوانید انگشت خود را در آن قرار دهید و تشخیص دهید.
با این وجود می توانید فضای زمان را آشفته کنید. با تکان دادن اجسام عظیم می توانید مزاحمت ایجاد کنید. حتی تکان دادن دست ها نیز کمی مزاحمت ایجاد کرده و امواج گرانشی کوچکی را به بیرون می فرستد. اما این امواج گرانشی چگونه خود را نشان می دهند؟ آنها خود را با تأثیرگذاری بر تمام آن زمینه های کوانتومی که من همین الان ذکر کردم ، نشان می دهند: آنها شکل عرصه ای را که میدان ها در آن قرار دارند تغییر می دهند. و آنچه واقعاً عجیب است این است که شما هرگز نمی توانید این تأثیر را در هر نقطه مشخص کنید. فقط با مقایسه نقاط مختلف و یافتن فواصل زمانی و مکانی بین آنها می توانید آن را تشخیص دهید.
بنابراین به یک معنا زمان-زمان از هیچ چیز ساخته نمی شود ، زیرا این عرصه ای است که در آن چیزها زندگی می کنند و چیزهای اصلی نیستند. و اما از طرف دیگر زمان-زمان از همه چیز ساخته شده است ، به این معنا که همه میدانهای کوانتومی در هر رویداد حضور دارند.
برای روشن کردن منظور من ، بیایید مفهوم دیگری را بررسی کنیم که در آن این تفکیک به طور کلی قابل درک باشد و کلماتی را برای تمیز کردن واضح داشته باشیم:
جنبه کیفی رنگ وجود دارد: ما قرمز ، سبز ، آبی ، زرد و غیره را درک می کنیم. به طور کلی درک می شود که این رنگ ها در نهایت فقط در مغز ما وجود دارند.
و مفهوم فیزیکی نور به عنوان موج الکترومغناطیسی وجود دارد ، که ما می توانیم آن را به فرکانس تقسیم کنیم ، و اگر نور با طیف خاصی به چشم ما برسد ، باعث می شود که رنگی درک شود (اینکه رنگ آن ممکن است به چیزهای دیگری بستگی داشته باشد ، نوری که به قسمتهای دیگر چشم ما می رسد ، شرایط ژنتیکی که بر گیرنده های چشم تأثیر می گذارد و موارد دیگر).
این قابل درک است که "یک جسم قرمز" جسمی است که نوری را با طیفی ساطع می کند یا منعکس می کند ، اگر به چشم ما برسد ، باعث می شود در شرایط عادی رنگ قرمز را درک کنیم.
حالا به زمان برگردید. وقتی مردم درباره زمان صحبت می کنند ، غالباً آن جدایی را انجام نمی دهند. زمانی که ما درک می کنیم همان زمانی نیست که توسط نسبیت عام به عنوان بخشی از زمان-زمان توصیف شده است. اما هر دو نیز بی ارتباط نیستند. وضعیت اساساً همان رنگها / طیف ها است.
به عنوان یک عارضه اضافی ، حتی مفهوم فیزیکی زمان نیز کاملاً درک نشده است. مفهوم زمان همانطور که در نسبیت عام استفاده می شود و مفهوم زمان همانطور که در مکانیک کوانتوم استفاده می شود کاملاً متفاوت است و این تفاوت یکی از مشکلات هنگام تلاش برای ترکیب GR و QM است. به طور خاص ، در GR ، مختصات فضا و زمان از نوع یکسانی هستند (حتی می توانند در تبدیلات مخلوط شوند) ، در حالی که در QM آنها کاملاً متفاوت هستند (به خصوص ، در QM زمان قابل مشاهده نیست ، بلکه یک پارامتر صرف است ، اما مکان قابل مشاهده است).
این تمایز نقطه 2 شما را از نقاط 1 و 3 جدا می کند. بنابراین اگر نکته 2 کاملاً متفاوت به نظر می رسد ، به این دلیل است که وجود دارد. این در مورد یک پدیده متفاوت صحبت می کند ، درست مانند "رنگ" در مورد یک پدیده متفاوت از "طیف نور" است. هر دو با هم مرتبط هستند ، اما یکسان نیستند.
اکنون در مورد نکته 3 شما ، نسبیت زمان است. این در واقع مربوط به دو جنبه نسبیت متفاوت اما مرتبط است. یک جنبه با پرسپکتیو تشبیه شده است: همانطور که طول چیزهایی که با شما زاویه دارند از نظر دید کوتاه شده به نظر می رسند ، طول و زمان چیزهایی که در حال حرکت هستند نیز "به طور عینی" اصلاح می شوند. توجه داشته باشید که حتی در فضا ، کوتاه شدن چشم انداز به صورت فیزیکی است: اگر نردبان خود را کج کنید ، با وجود اینکه بلندتر از بلند است ، از داخل در قرار می گیرد.
این امر مستقیماً به اثر دوم یعنی وابستگی به راه زمان سپری شده منجر می شود. این دوباره در فضا دارای یک آنالوگ است: این وابستگی به راه مسافت طی شده است. اگر راه مستقیم را طی کنید ، راهی است که در آن هیچ منحنی ایجاد نمی کنید ، مسافت پیموده شده شما کوتاه تر از زمانی است که یک مسیر انحرافی ایجاد می کنید. بنابراین پس از طی مسافت دیگری به همان مکان می رسید. پارادوکس دوقلو اساساً یکسان است ، با این تفاوت که انحراف از زمان کوتاه می شود (این مربوط به ویژگی های اندازه گیری زمان فضا است ،
اکنون در مورد نکته شما 1. تا این مرحله ، من به راحتی مخالفم. زمان است نه یک اندازه گیری از تغییر، به دو دلیل:
تغییر به موقع اتفاق می افتد . چیزی که دو برابر سریع تغییر کند به این معنی نیست که زمان دو برابر سریعتر می رود. در واقع ، می تواند دو فرآیند در همان زمان با سرعت های مختلف اتفاق بیفتد.
تغییر همیشه در زمان تغییر نمی کند. به عنوان مثال ، دما با توجه به مکان و همچنین زمان تغییر می کند. در مکان های مختلف همه چیز متفاوت است ، درست مثل زمان های مختلف ، اوضاع متفاوت است. اگر تغییر همان چیزی باشد که باعث ایجاد زمان می شود ، هیچ تفاوتی بین مکان و زمان وجود نخواهد داشت. اما تفاوت وجود دارد (حتی در GR ، جایی که ابعاد فضا و زمان در سنسور متریک علامت متفاوتی دارند و خطوط توصیف کننده حرکت اشیا باید همیشه به موقع باشند). بارزترین تفاوت این است که شما می توانید آزادانه در فضا حرکت کنید ، اما نه در زمان.
رابطه زمان با گرانش این است که طبق گرانش GR انحنای فضا-زمان است ، و هنگام عبور از نزدیکی اجسام گرانشی ، "فاصله زمان-زمان" بین وقایع کوتاه تر است.
و در مورد کاربردهای واقعی تئوری نسبیت خاص: این تئوری همیشه استفاده می شود. به عنوان مثال ، بدون در نظر گرفتن تأثیرات نسبی گرایی خاص و نسبی عام ، GPS نمی تواند کار کند. همچنین ، بدون در نظر گرفتن اثرات نسبی خاص ،
این یک روش خوب برای تلاش برای توضیح انحنا برای افرادی است که به تازگی با این ایده آشنا شده اند. با این حال ، خیلی دقیق نیست. می بینید که زمان فضا 4 بعدی است (برای راحتی کار می خواهیم آن را فقط به صورت سه بعدی تجسم کنیم) ، نه 2 بعدی. بنابراین ، انحنایی که رخ می دهد ، این کار را از همه جهات و نه فقط رو به پایین ، بلکه از همه جهات انجام می دهد.
نظریه نسبیت خاص ایده فضاسازی مسطحی را ارائه داد که انیشتین از طریق آن نظریه جدیدی از حرکت را ساخت. در این روند ، نظریه حرکت نیوتن را رد می کند. در نظریه عمومی ، انیشتین ایده گرانش را مطرح کرد. بیایید نگاهی بیندازیم که نیوتن چگونه گرانش را تعریف می کند.
نیوتن می گوید اگر جسمی با هر جرم در فضا نگه داشته شود ، از هر طرف نیرویی وارد می کند و چیزها را به سمت خودش می کشد. قانون اول نیوتن می گوید بدون نیروهای خارجی ، جسمی در حال حرکت (دارای شتاب صفر) حرکت خود را در یک خط مستقیم با سرعت یکنواخت ادامه می دهد. بنابراین ، اجازه دهید این نوع ذرات به کره ای بزرگ در فضا نزدیک شوند. با نزدیک شدن به اندازه کافی ، ذره از حرکت مستقیم خود خارج شده و به دلیل نیروی گرانش به سمت کره حرکت می کند.
انیشتین ترجیح داد این تأثیر را به طریقی دیگر توصیف کند. او فرض کرد که فضا و زمان یکی هستند. او فضا زمان را به عنوان یک پیوستار درهم تنیده از سه بعد فضایی همراه با یک بعد زمان توصیف کرد.
در فضا ، هنگامی که یک جسم نگهداری می شود ، یک منحنی در سطح زمان-زمان تولید می کند. تقریباً مانند وقتی که توده سنگینی را روی ترامپولین قرار دهید. جز این که این انحنا سه بعدی است و 2 بعدی نیست. بر خلاف نمودارهای مختلفی که در مورد انحنای فضا-زمان مشاهده می کنید ، دقیق ترین مورد از نظر من این است:
نظریه حرکت اینشتین همچنین بیان می کند که بدون هیچ نیروی خارجی ، یک جسم مسیر خطی خود را از طریق زمان-زمان ادامه می دهد (توجه داشته باشید که او می گوید زمان-زمان ، و نه فقط فضا). با این حال ، او اثرات گرانش را به روشی خاص توصیف می کند.
او می گوید که یک جسم بدون توجه به وجود جرمی که در مجاورت آن باشد ، حرکت خود را به صورت مستقیم ادامه خواهد داد. بنابراین گرانش چگونه کار می کند؟ آن خطوط منحنی عجیب و غریب را در نمودار بالا مشاهده می کنید؟ اگر به شما بگویم که آنها راست می گویند چه؟ آزمایش سریع یک بادکنک پر نشده بردارید. روی آن با نشانگر یک خط مستقیم بزنید. آن را باد کنید. خطی که اکنون می بینید هنوز مستقیم است. تنها تفاوت این است که سطحی که خط روی آن قرار دارد ، خمیده است.
بنابراین ، وقتی جسمی به جرم سنگینی نزدیک می شود که در فضا-زمان انحنای زیادی ایجاد می کند ، جسم مسیر مستقیم خود را که به سمت جرم سنگین خمیده است ، دنبال می کند. این ساده ترین توضیح در مورد انحنای فضا-زمان است.