Rumtid
Rum-tid er en matematisk model, der samler rum og tid i en enkelt idé kaldet et kontinuum. Dette firedimensionelle kontinuum er kendt som Minkowski-rummet.
Kombinationen af disse to idéer hjalp kosmologien til at forstå, hvordan universet fungerer på det store niveau (f.eks. galakser) og det lille niveau (f.eks. atomer).
I den ikke-relativistiske klassiske mekanik er det godt at anvende det euklidiske rum i stedet for rumtid, fordi tiden behandles som universel med en konstant passagehastighed, der er uafhængig af en iagtagers bevægelsestilstand.
Men i et relativistisk univers kan tiden ikke adskilles fra de tre rumdimensioner. Det skyldes, at den observerede hastighed, hvormed tiden går, afhænger af et objekts hastighed i forhold til observatøren. Desuden forsinker styrken af et gravitationsfelt tidsforløbet for et objekt set af en observatør uden for feltet.
En illustration af rum-tid-krumningen forårsaget af Jorden.
Yderligere aspekter
Overalt hvor der findes stof, bøjer det rumtidens geometri. Dette resulterer i en krum form af rumtiden, som kan forstås som tyngdekraften. De hvide linjer på billedet til højre repræsenterer massens virkning på rumtiden.
I den klassiske mekanik er brugen af rumtid valgfri, da tiden er uafhængig af bevægelsen i det euklidiske rums tre dimensioner. Når et legeme bevæger sig med hastigheder tæt på lysets hastighed (relativistiske hastigheder), kan tiden imidlertid ikke adskilles fra de tre rumdimensioner. Set fra en stationær observatørs synspunkt afhænger tiden af, hvor tæt på lysets hastighed objektet bevæger sig.
To-dimensionel analogi af rumtidsforvrængning
Historisk oprindelse
Mange forbinder rumtid med Albert Einstein, som foreslog den specielle relativitetsteori i 1905. Det var imidlertid Einsteins lærer, Hermann Minkowski, der foreslog rumtiden i et essay fra 1908. Hans begreb Minkowski-rum er den tidligste behandling af rum og tid som to aspekter af en samlet helhed, hvilket er essensen af den specielle relativitetsteori. Han håbede, at denne nye idé ville tydeliggøre den specielle relativitetsteori.
Minkowski rumtid er kun præcis til at beskrive konstant hastighed. Det var dog Einstein, der opdagede rumtidens krumning (tyngdekraften) i den generelle relativitetsteori. I den generelle relativitetsteori generaliserede Einstein Minkowski-rumtiden til at omfatte virkningerne af acceleration. Einstein opdagede, at krumningen i hans 4-dimensionelle rumtidsrepræsentation faktisk var årsagen til tyngdekraften.
Den trettende udgave af Encyclopedia Britannica fra 1926 indeholdt en artikel af Einstein med titlen "rumtid".
Litterær baggrund
Edgar Allan Poe skrev et essay om kosmologi med titlen Eureka (1848), hvori han sagde, at "rum og varighed er ét". Dette er det første kendte eksempel på, at rum og tid er forskellige opfattelser af én ting. Poe nåede frem til denne konklusion efter ca. 90 siders ræsonnementer, men brugte ingen matematik.
I 1895 skrev H.G. Wells i sin roman The Time Machine: "Der er ingen forskel mellem tiden og nogen af de tre rumdimensioner, bortset fra at vores bevidsthed bevæger sig langs den". Han tilføjede: "Videnskabsfolk ... ved udmærket godt, at tid kun er en slags rum".
Rumtid i kvantemekanikken
I den generelle relativitetsteori opfattes rumtiden som glat og kontinuerlig. I kvantemekanikkens teori er rumtiden imidlertid ikke altid kontinuerlig.
Relaterede sider
- Dimension
- Manifold
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er rumtid ifølge teksten?
A: Rumtid er en matematisk model, der forbinder rum og tid og danner et firedimensionelt kontinuum kendt som Minkowski-rummet.
Q: Hvordan har kombinationen af rum og tid hjulpet kosmologien?
A: Kombinationen af rum og tid har gjort det muligt for kosmologien bedre at forstå, hvordan universet fungerer på både det store niveau, som f.eks. galakser, og det lille niveau, som f.eks. atomer.
Q: Hvorfor er brugen af euklidisk rum i stedet for rumtid god i ikke-relativistisk klassisk mekanik?
A: I ikke-relativistisk klassisk mekanik er det godt at bruge det euklidiske rum, fordi tiden behandles som universel med en konstant hastighed, der er uafhængig af observatørens bevægelsestilstand.
Q: Hvorfor er tiden uadskillelig fra de tre rumdimensioner i et relativistisk univers?
A: Tiden kan ikke adskilles fra de tre rumdimensioner i et relativistisk univers, fordi den observerede hastighed, hvormed tiden går, afhænger af et objekts hastighed i forhold til observatøren.
Q: Hvordan påvirker styrken af et tyngdefelt tidens gang for et objekt?
A: Styrken af ethvert tyngdefelt bremser tidens gang for et objekt set fra en iagttager uden for feltet.
Q: Hvad hedder det firedimensionale kontinuum, der forbinder rum og tid?
A: Det firedimensionale kontinuum, der forbinder rum og tid, kaldes Minkowski-rummet.
Q: Hvordan har kombinationen af rum og tid hjulpet kosmologien med at forstå universet?
A: Kombinationen af rum og tid har hjulpet kosmologien til bedre at forstå, hvordan universet fungerer, både på det store plan, som f.eks. galakser, og på det lille plan, som f.eks. atomer.
