Головна |
« Попередня | Наступна » | |
4, є світ дійсно чотиривимірним? |
||
Якщо дотримуватися класичної фізики, заснованої на ньютонівської механіці, то ми можемо описувати все, що відбувається у всесвіті, за допомогою «точок-подій». У декартовій системі відліку F кожна подія має місце в деякій точці X, yt Z в деякий момент часу ty показуваний годинами, розташованими в цій точці ху yf z. Ми говоримо, що ця «точка-подія» має координати х, у, z, t щодо системи F. Класична теорія описує рух, представляючи х, у, z як функції t \ це відповідає руху по кривій в звичайному тривимірному просторі. Кожній точці х, у, z приписується певне значення L Ми можемо також інтерпретувати рівняння х = x (t), у = y (t), z - z (t) як деяку криву в чотиривимірному xt у, г, и просторі. Рух по кривій в тривимірному просторі математично еквівалентно деякої статичної кривої в чотиривимірному просторі. У цьому сенсі великий французький математик Лагранж вже називав механіку «геометрією чотирьох вимірів». Кожна матеріальна точка описує деяку траєкторію в нашому тривимірному yt z просторі. У певний момент часу t = U матеріальні точки знаходяться в деякій частині нашого тривимірного простору, в інші моменти вони займають вже інші частини цього простору. Були запропоновані й інші способи опису цих же фактів. Ми зображуємо кожне «подія» точкою в чотиривимірному х, у, z, t просторі. Це можливо тому, що кожна подія описується за допомогою чотирьох приписуваних йому чисел, Ху у, Zy і. Тоді кожне положення матеріальної точки в точці х, уу z в момент часу t є «подією». Можна було б сказати, що чотирьох-; мірний континуум з усіма його подіями існує вічно. Наше життя являє собою тільки зміна місця (фактично зміна площині t = const) в чотиривимірному просторі, де ми і зустрінемо події, які очікують нас. Цю ситуацію можна пояснити прикладом з кінострічкою. Замість того щоб привести цю стрічку в рух відносно себе, спостерігач може рухатися відносно стрічки і буде отримувати ті ж самі враження, як і при звичайному русі стрічки. Ми могли б стверджувати, що «дійсна» всесвіт є всесвіт чотиривимірна, існуюча зараз, в даний момент. Це означає, що майбутнє «існує» зараз. і все, що ми робимо протягом нашого життя, зводиться до того, що ми рухаємося крізь чотиривимірний континуум і поступово усвідомлюємо його тривимірні поперечні перетину. Очевидно, що кожному моменту часу t відповідає одне поперечний переріз чотиривимірного континууму. Цей спосіб вираження має один явний недолік: якщо «зараз» означає t = t0j то майбутній момент часу / = t \ визначає інше поперечний переріз чотиривимірного континууму. Сказати, що чотиривимірний континуум «існує зараз», означає, що всі поперечні перетину «існують зараз», або, іншими словами, що поперечний переріз t = to тотожне з поперечним перерізом t - t \. Інакше воно не могло б існувати «зараз». Якщо ми допускаємо цей двозначний спосіб вираження, те положення, що «чотиривимірний просторово-часової континуум» існує завжди і що ми тільки проходимо крізь нього, затверджує не більше, ніж становище, що тривимірний просторовий континуум змінюється в часі. Коли в 1905 році Ейнштейном була запропонована теорія відносності, скоро було виявлено, що принципи і теореми цієї теорії можуть бути дуже зручно сформульовані за допомогою чотиривимірного просторово-часового континууму світу подій. Це помітив в 1908 році і чітко сформулював Герман Мінковський. Розглянемо дві події: Хі У 1> ги і І х2, у'Z2, t2. Під хи уь г, і х2, У2, z2 м * розуміємо координати в системі відліку F, які вимірюються лінійками, спочиваючими в системі ft Точно так само t \ і t2 суть проміжки часу, вимірюв ренние годинами, спочиваючими в системі F. З цього однак, не випливає, що самі ці події якось свя1 зани з системою F. Це може бути удар блискавки ^ що мав місце в момент часу t \ У точці Х \, У \, системи F. Ці дві події розділені простран * тиментом відстанню и ? У (хг ~ *,) а + (Уг-угу + (z2 - zxf \ і тимчасовим проміжком Т = (t2 - t \). Якщо ми тепер розглянемо рухому систему Fкоторая має швидкість q щодо системи Ft то ми зможемо описувати одні й ті ж події і в системі Ff. Це означає, що лінійки і годинник знаходиться в спокої в системі Ff, Позначимо просторово-часові координати тих же двох подій щодо F 'через x [t у [, z'v t \ і х2 * y'v К-Назвемо знову відстань S '= = - Kf + (У * - / J + - z [f просторових, a t'2 - t'x = Т' - проміжків часу між двома подіями. Згідно з принципами теорії відносності Ейнштейна, кожен світловий промінь має швидкість з відносно F, а також і щодо F \ Тому SJT с і S '/ T' = с. Це означає, що якщо S2 - & V-- 0 , то також і S'2 - С27 "2 = 0. Легко показати, що це може бути так, тільки якщо S2 - с2!" 2 = S'2 - с2Т'2. Ми можемо відібрати такі пари подій, які відносно F не розділені в просторі S - 0 і які також не розділені в часі Т - 0. Ясно, що завдяки впливу руху на довжини лінійок і хід годинника просторове відстань S відносно F не дорівнює просторовому ^ віддалі S * щодо F '. Точно так само і проміжки часу Г і Г 'відрізняються один від одного. Якщо ми припустимо, що S і Т відмінні від нуля, тобто що дві події розділені в просторі і в часі щодо системи Ff то все ж можна вибрати швидкість q просувалася системи F' таку, що або S ', або V виявиться рівним нулю. У першому випадку ми маємо S2 - с2Т2 - с2Т'2. У цьому випадку дві події відбуваються в одній і тій же точці системи F' в різні моменти часу t'2-V. Така рухома система, очевидно, може бути знайдена, якщо S2 - з ^ Т2> 0, тобто якщо S <еТ. У разі ж, коли 52 -> 0, ми можемо знайти рухому систему F 'таку, що Т = 0 і S2 - c2V-= S'2. У цьому випадку обидві події відбуваються відносно Ff в один і той же момент часу t '% - t [на відстані один від одного. Це означає, що якщо дві події відбуваються одночасно в t [= tr2 в системі F \ то є деякий проміжок часу між ними t2> t \ в системі F. Ми можемо адекватно описати ці факти, використовуючи чотиривимірний просторово-часової континуум. Якщо ми маємо дві події і назвемо їх двома точками цього чотиривимірного континууму, то ми можемо говорити про ці події так само, як ми говоримо про двох точках звичайного тривимірного простору. Можна, наприклад, розглядати дві точки в площині ху у. Ці дві точки мають прямокутні координати Х \, у \ і х2, у2. Якщо ми говоримо, що обидві ТОЧКИ мають одну і ту ж абсциссу Х \ - x2t то це нічого не говорить про самих цих точках. Ми можемо вибрати іншу систему координат (наприклад, обертаючи вихідну) і знайти, що для координат x [t y'v х'г> Ух щодо нової системи х'г відмінно від х [. Твердження, що х [= х'г говорить щось про відношенні точок до вибраної системи координат, але нічого не говорить про самих точках. Точно так само якщо дві події (точки в чотиривимірному просторі) не розділені в часі Т '= tf2 - t [= 0 в системі F \ то це є тільки затвердженням про ставлення двох подій до системи F't але нічого не говорить про самі події. Таким чином, використовуючи термінологію «чотиривимірний континуум», ми можемо описувати факти в релятивістській фізиці більш простим і більш витонченим способом, ніж при поділі часу і тривимірного простору. Ми знаходимо, що величина як просторового відстані 5, так і проміжку часу Т між двома подіями залежить від системи відліку. Однак комбінація S2 - с2! * 2 проміжків часу і просторових відстаней має одну і ту ж величину у всіх рухомих системах F't яка б не була величина швидкості q. Оскільки опис подій мовою «чотиривимірного про * странства» більш зручно, ніж на мові тривимірного простору, остільки ми схильні говорити, що чотиривимірний простір більш «реально», ніж тривимірне. Тоді як 5 і Г не "існують» незалежно від системи відліку, комбінація S2-с2Р «існує» сама по собі. Г. Мінковський писав у 1908 році, що комбінація простору і часу, чотиривимірний континуум, тобто те, що «реально існує», тоді як час і простір, якщо вони розділені, суть тільки «видимості ». Але навіть якщо ми назвемо чотиривимірний просторово-часової континуум більш реальним, ніж час або простір окремо, то це буде просто позначати, що його використання є практично зручнішим поданням теорії відносності. Немає ніякого сумніву, що якщо ми назвемо чотиривимірний просторово-часової континуум «реальністю», то це схилить нас до прийняття твердження Лагранжа: механіка є чотиривимірна геометрія. Крім того, у зв'язку з цим буде напрошуватися висловлювання, що чотиривимірний континуум «існує зараз», і тому всі майбутні події існують зараз, і що «майбутнє» полягає в нашому русі крізь чотиривимірний просторово-часової континуум. Але абсолютно так само, як і до формулювання Мінковським теорії відносності, ми повинні також визнати, що вживання слова «зараз» в цьому формулюванні досить двозначно. Під «зараз» ми маємо на увазі поперечний переріз чотиривимірного просторово-часового континууму, яке визначається рівнянням t = Тому самосуперечності є те положення, що кожен майбутній момент часу t> to може існувати «зараз». Цей чотиривимірний просторово-часової континуум часто вживався для того, щоб довести, що майбутнє «зумовлено». Якщо подія Е відбувається відносно системи F в момент t = to, то це ж саме подія може відбутися щодо F 'в більш ранній момент часу if
|
||
« Попередня | Наступна » | |
|
||
Інформація, релевантна" 4, є світ дійсно чотиривимірним? " |
||
|