Časoprostor
Časoprostor je matematický model, který spojuje prostor a čas do jediné myšlenky zvané kontinuum. Toto čtyřrozměrné kontinuum je známé jako Minkowského prostor.
Spojení těchto dvou myšlenek pomohlo kosmologii pochopit, jak vesmír funguje na velké (např. galaxie) i malé úrovni (např. atomy).
V nerelativistické klasické mechanice je použití euklidovského prostoru místo časoprostoru dobré, protože čas je považován za univerzální s konstantní rychlostí plynutí, která nezávisí na stavu pohybu pozorovatele.
V relativistickém vesmíru však nelze čas oddělit od tří rozměrů prostoru. Je to proto, že pozorovaná rychlost plynutí času závisí na rychlosti objektu vůči pozorovateli. Také síla jakéhokoli gravitačního pole zpomaluje plynutí času pro objekt pozorovaný pozorovatelem mimo toto pole.
Ilustrace zakřivení časoprostoru způsobeného Zemí.
Další aspekty
Všude, kde existuje hmota, ohýbá geometrii časoprostoru. Výsledkem je zakřivený tvar časoprostoru, který lze chápat jako gravitaci. Bílé čáry na obrázku vpravo představují vliv hmoty na časoprostor.
V klasické mechanice je použití prostoročasu nepovinné, protože čas je nezávislý na pohybu ve třech rozměrech euklidovského prostoru. Pokud se však těleso pohybuje rychlostí blízkou rychlosti světla (relativistické rychlosti), nelze čas od tří rozměrů prostoru oddělit. Čas z pohledu nehybného pozorovatele závisí na tom, jak blízko rychlosti světla se objekt pohybuje.
Dvourozměrná analogie zkreslení časoprostoru
Historický původ
Mnoho lidí si spojuje časoprostor s Albertem Einsteinem, který v roce 1905 navrhl speciální teorii relativity. Byl to však Einsteinův učitel Hermann Minkowski, který v roce 1908 ve své eseji navrhl časoprostor. Jeho koncepce Minkowského prostoru je nejstarším pojednáním o prostoru a čase jako dvou aspektech jednotného celku, což je podstatou speciální teorie relativity. Doufal, že tato nová myšlenka objasní teorii speciální relativity.
Minkowského prostoročas je přesný pouze při popisu konstantní rychlosti. Byl to však Einstein, kdo v obecné teorii relativity objevil zakřivení časoprostoru (gravitaci). V obecné teorii relativity Einstein zobecnil Minkowského prostoročas tak, aby zahrnoval účinky zrychlení. Einstein zjistil, že zakřivení v jeho čtyřrozměrném zobrazení časoprostoru je ve skutečnosti příčinou gravitace.
Třinácté vydání Encyklopedie Britannica z roku 1926 obsahovalo Einsteinův článek s názvem "časoprostor".
Literární pozadí
Edgar Allan Poe napsal esej o kosmologii nazvanou Eureka (1848), v níž říká, že "prostor a trvání jsou jedno". Jedná se o první známý případ, kdy bylo naznačeno, že prostor a čas jsou různé vjemy jedné věci. Poe k tomuto závěru dospěl po přibližně 90 stranách úvah, ale nepoužil žádnou matematiku.
V roce 1895 napsal H. G. Wells ve svém románu Stroj času: "Mezi časem a kterýmkoli ze tří rozměrů prostoru není žádný rozdíl kromě toho, že se v něm pohybuje naše vědomí." A dodal: "Vědci... dobře vědí, že Čas je pouze druhem Prostoru".
Časoprostor v kvantové mechanice
V obecné teorii relativity je prostoročas považován za hladký a spojitý. V teorii kvantové mechaniky však časoprostor není vždy spojitý.
Související stránky
- Rozměr
- Rozdělovač
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je podle textu časoprostor?
Odpověď: Časoprostor je matematický model, který spojuje prostor a čas a tvoří čtyřrozměrné kontinuum známé jako Minkowského prostor.
Otázka: Jak spojení prostoru a času pomohlo kosmologii?
Odpověď: Spojení prostoru a času umožnilo kosmologii lépe pochopit fungování vesmíru jak na velké úrovni, jako jsou galaxie, tak na malé úrovni, jako jsou atomy.
Otázka: Proč je v nerelativistické klasické mechanice dobré používat euklidovský prostor místo časoprostoru?
Odpověď: V nerelativistické klasické mechanice je použití euklidovského prostoru dobré, protože čas je považován za univerzální s konstantní rychlostí plynutí, která je nezávislá na pohybovém stavu pozorovatele.
Otázka: Proč je v relativistickém vesmíru čas neoddělitelný od tří rozměrů prostoru?
Odpověď: V relativistickém vesmíru nelze čas oddělit od tří rozměrů prostoru, protože pozorovaná rychlost plynutí času závisí na rychlosti objektu vůči pozorovateli.
Otázka: Jak ovlivňuje síla gravitačního pole plynutí času u objektu?
Odpověď: Síla jakéhokoli gravitačního pole zpomaluje plynutí času pro objekt pozorovaný pozorovatelem mimo toto pole.
Otázka: Jak se nazývá čtyřrozměrné kontinuum, které spojuje prostor a čas?
Odpověď: Čtyřrozměrné kontinuum, které spojuje prostor a čas, se nazývá Minkowského prostor.
Otázka: Jak pomohlo spojení prostoru a času kosmologii pochopit vesmír?
Odpověď: Kombinace prostoru a času pomohla kosmologii lépe pochopit fungování vesmíru, a to jak na velké úrovni, jako jsou galaxie, tak na malé úrovni, jako jsou atomy.
