A tér-idő szövete egy fogalmi modell, amely a tér három dimenzióját ötvözi az idő negyedik dimenziójával. A jelenlegi fizikai elméletek legjobbjai szerint a téridő megmagyarázza azokat a szokatlan relativista hatásokat, amelyek a fénysebesség közelében történő utazásból, valamint az univerzumban lévő hatalmas tárgyak mozgásából származnak.
Ki fedezte fel a téridőt?
A híres fizikus, Albert Einstein a relativitáselmélet részeként segített kidolgozni a tér-idő elképzelését. Úttörő munkája előtt a tudósok két különálló elmélettel rendelkeztek a fizikai jelenségek magyarázatára: Isaac Newton fizikai törvényei a hatalmas tárgyak mozgását, míg James Clerk Maxwell elektromágneses modelljei a fény tulajdonságait magyarázták a NASA szerint.
A 19. század végén végzett kísérletek azonban arra utaltak, hogy van valami különleges a fényben. A mérések azt mutatták, hogy a fény mindig ugyanolyan sebességgel haladt, nem számít. És 1898-ban a francia fizikus és matematikus, Henri Poincaré azt feltételezte, hogy a fénysebesség meghaladhatatlan határ lehet. Ugyanebben az időben más kutatók fontolóra vették annak lehetőségét, hogy az objektumok mérete és tömege a sebességüktől függően változjon.
Einstein ezeket az ötleteket összevonta 1905-ben a speciális relativitáselmélet elméletében, amely azt állította, hogy a fénysebesség állandó. Ahhoz, hogy ez igaz legyen, a teret és az időt egységes keretbe kellett kombinálni, amelynek összeesküvést kellett elérnie, hogy a fénysebesség minden megfigyelő számára azonos maradjon.
A szupergyors rakétaban lévő személy megméri az időt, hogy lassabban mozogjon, és a tárgyak hossza rövidebb legyen, mint egy sokkal lassabban utazó személy. Ennek oka az, hogy a tér és az idő relatív - a megfigyelő sebességétől függenek. De a fénysebesség alapvetõ, mint egyik sem.
Az a következtetés, hogy a tér-idő egyetlen szövet, nem az, amit Einstein egyedül ért el. Ez az ötlet Hermann Minkowski német matematikustól származik, aki egy 1908-as kollokviumban kijelentette: "A továbbiakban a tér önmagában, és az idő önmagában is pusztán árnyakra van hajlandó elhalni, és a kettőnek csak egyfajta egyesítése fogja megőrizni a független valóságot. .”
Az általa leírt téridő még mindig Minkowski téridőként ismert, és a relativitáselmélet és a kvantummező-elmélet számításának háttereként szolgál. Ez utóbbi az aszatofizikus és tudományos író, Ethan Siegel szerint a szubatomi részecskék dinamikáját mezőként írja le.
Hogyan működik a tér-idő
Manapság, amikor az emberek téridőről beszélnek, gyakran azt írják le, hogy egy gumilapra hasonlítanak. Ez szintén Einstein-től származik, aki az általános relativitáselmélet elméletének kidolgozásakor rájött, hogy a gravitációs erő a tér-idő szövetében lévő görbéknek köszönhető.
A hatalmas tárgyak - például a Föld, a nap vagy ön - torzításokat hoznak létre a téridőben, amelyek meghajlanak. Ezek a görbék viszont megszorítják a világegyetemben minden mozgásának módját, mivel a tárgyaknak ezen görbe görbület mentén kell haladniuk. A gravitáció által okozott mozgás valójában a tér-idő fordulatai mentén zajló mozgás.
A NASA Gravity Probe B (GP-B) nevű missziója megméri a Föld körül az űr-idő örvény alakját 2011-ben, és megállapította, hogy ez szorosan összhangban áll Einstein előrejelzéseivel.
De ennek nagy része továbbra is nehéz a legtöbb ember köré tekerni. Noha a tér-időről beszélhetünk, mint amely hasonló a gumilaphoz, az analógia végül elbomlik. A gumilap kétdimenziós, míg a tér-idő négydimenziós. A lap nem csak az űrben pontoz, hanem az időben is, de egyben is. Mindezek beszámításához használt összetett egyenletek még a fizikusok számára is bonyolultak.
"Einstein készített egy gyönyörű gépet, de nem hagyta el pontosan a felhasználói kézikönyvet." - írta Paul Sutter, az asztrofizikus a Live Science testvére webhelyének, a Space.com-nak. "Csak azért, hogy hazafelé haladjunk, az általános relativitáselmélet annyira bonyolult, hogy amikor valaki megoldást talál az egyenletekre, megkapja a nevüket, és önmagában félig legendásvá válik."
Amit a tudósok még mindig nem tudnak
Bonyolultsága ellenére a relativitáselmélet továbbra is a legjobb módszer a fizikai jelenségek beszámolására, amelyekről tudunk. A tudósok azonban tudják, hogy modelleik hiányosak, mivel a relativitáselmélet még mindig nincs egyeztetve a kvantummechanikával, ami rendkívül pontosan magyarázza a szubatomi részecskék tulajdonságait, de nem tartalmazza a gravitációs erőt.
A kvantummechanika azon a tényen alapul, hogy az univerzumot alkotó apró bitek diszkrétek vagy kvantálva vannak. Tehát a fotonok, amelyek a fényt alkotó részecskék, olyanok, mint a kis fénydarabok, amelyek különálló csomagokban vannak.
Egyes teoretikusok azt gondolják, hogy talán maga a téridő is bekerül ezekbe a kvantált darabokba, segítve a relativitáselmélet és a kvantummechanika áthidalását. Az Európai Űrügynökség kutatói javaslatot tettek a Űr-Idő Kvantumkutatási Nemzetközi Gamma-ray Astronomy Laboratory (GrailQuest) misszióra, amely repülne körül a bolygónkon, és ultra pontos pontos méréseket végezzen a távoli, erőteljes robbanásokról, az úgynevezett gamma-ray robbanásokról. felfedheti a tér-idő közeli természetét.
Egy ilyen küldetés nem indulna legalább másfél évtized alatt, de ha megtenné, akkor talán segít megoldani a fizikában fennmaradó legnagyobb rejtélyeket.
