Kapitel 2
Abschnitt 3: Einsteins Raumzeit Absolute
Wie Newton-Modell, beschwört Einsteins Modell der physikalischen Realität eine absolute Benchmark, eine ultimative Referenz-Frame in der Natur nannte er absolute Raumzeit. [7] Daher ist gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie, ein Eimer in einem sonst leeren Universum kann beschleunigt werden, oder Spinnen. Spacetime liefert die Referenz zu dem wir diese Beschleunigung wegen der intimen Beziehung zwischen Bewegung zeigt er durch Raum und Bewegung durch die Zeit definieren können.
Wenn ein Objekt fährt durch die Raumzeit in einem konsistenten unveränderliche Weise, dann ist es nicht beschleunigend sein konnte. Jedoch, ob ein Objekt ändert seinen Entschließungsantrag durch die Raumzeit - durch Ändern ihrer Richtung, bzw. seine Geschwindigkeit - dann ist das Objekt hat sich beschleunigt. Da jede Veränderung eines Objekts Erfahrung von Zeit verlangt eine Änderung seiner Erfahrung von Raum und umgekehrt, ist der Maßstab für Raum-Zeit-Beschleunigung. Es ist jedes Objekt, das konstante Bewegung durch die Raumzeit, die Raumzeit die ultimative Referenz-Frame macht - zumindest makroskopisch. Deshalb ist Einstein bezeichnete den absoluten Benchmark "absolute Raumzeit."
Um diese ein wenig deutlicher zu machen, sollten Sie Folgendes beachten: Jedes Objekt kann durch Zeit und Raum zu bewegen, aber ihre kombinierte Bewegung durch Raum und Zeit ist immer gleich der Lichtgeschwindigkeit (c). An den beiden Enden des Spektrums eine Aufgabe nur durch den Raum werden kann das Verschieben, wobei es nicht durch die Zeit in aller Fortschritt, oder nur durch die Zeit, wobei es nicht durch den Raum an allen Fortschritts.
Einsteins Konzept der absoluten Raumzeit ist eine deutliche Verbesserung gegenüber den Newtonschen absoluten Raum, aber es kann nicht die ganze Antwort sein, weil es nicht verraten, warum andere Maßnahmen in der Natur streng relational sind. Es gibt uns eine ultimative Referenz-Frame (ein Bereich der Raumzeit Krümmung Null), aber der Aufbau dieses Bezugssystem nicht geben uns eine Erklärung dafür, warum Position, Geschwindigkeit, etc. sind relationale Mengen.
Dies ist, soweit wir in unserem Bestreben, der Natur ultimative Referenz-Frame entdecken gekommen. Wir sind immer noch mit einem vollständigen geometrischen Beschreibung der Raumzeit - eine, die Lage, gleichzeitig die uns mit einer Referenz, die Beschleunigung definiert, und erklärt, warum relationale Maßnahmen (Position, Geschwindigkeit, etc.) nicht eindeutig mit diesem Verweis Rahmen befestigt ist. Um weiter zu gehen, müssen wir viel mehr über die Sache, die wir nennen Raumzeit als wir derzeit tun, zu verstehen. Wir haben festgestellt, dass die Raumzeit etwas ist, aber was ist es? Die Raumfahrt ist ein Teil davon, Zeit ein Teil davon ist, sind Verwerfungen und Wellen einige seiner Eigenschaften, und es baut die Referenz zu dem die Beschleunigung bekommt seine Bedeutung. Aber was ist das, was wir nennen Raumzeit? Wie werden wir in vollem Umfang abbilden oder verstehen? Warum ist es so, dass diese Raumzeit nicht streng definieren Dinge wie Position und Geschwindigkeit?
Während wir überlegen, was Raumzeit ist, wollen wir diskutieren einige der Anhaltspunkte über Raum und Zeit, die entdeckt wurden in jüngerer Zeit. (Antworten auf die Fragen in diesem Kapitel gestellten erfordern eine Einführung in unser neues Modell der Raumzeit Sie nach dieser Einführung gefunden werden können -.. Siehe Kapitel 10)
Moderne Clues Für das ultimative Reference Frame
Die Quantenphysik hat herausgefunden, dass die ultramikroskopische Reich mit Quanten-Jitter wird durchdrungen. Was bedeutet das? Nun neigt die übliche Antwort auf die Rede von Feldern und / oder Vakuum-Fluktuationen, die beide um eine Grafik Erläuterung durch die Beantwortung mit Begriffen wie verwirrend scheinen zu vermeiden sind. Dies ist mit keiner Absicht zu täuschen getan. Die Wahrheit ist, dass ein vollständiges Bild der Raumzeit noch fehlt, so dass die Rede von Quanten-Jitter (oder eine der anderen quantenmechanischen Vorgänge) neigt dazu, technische oder mathematische. Dennoch können diese Beobachtungen als Einblicke in die Struktur der Raumzeit zu dienen. Sie können uns Anhaltspunkte zu geben, wie sich die Struktur der Raumzeit sein muss - Hinweise, die uns in unserem Ziel, zum Aufbau einer vollständigen Karte unterstützen wird.
Hendrik Casimir ins Auge gefasst einer dieser Hinweise. Er sagte voraus, dass zwei ungeladene Metallplatten (oder Spiegel) wird sich aufeinander zu bewegen, wenn sie in einem Vakuum eingesetzt und so angeordnet sind parallel zueinander. Da die Gravitationskraft zwischen diesen beiden Platten ist viel zu schwach, um diese Bewegung zu erklären und nichts anderes ist als Raum wird in das System aufgenommen, ist dieser Effekt sehr faszinierend.
Um diese Bewegung zu erklären, schlug Casimir, dass die Quantenfluktuationen des Raumes selbst analog zu einem Druck durch die kombinierten Bewegungen vieler Moleküle verursacht werden. Basierend auf dieser Annahme zeigte er, dass, wenn die beiden Platten gelegt werden extrem nahe beieinander die "molekularen Druck" des Raumes sollten leicht zwischen den Platten, weil die jeweiligen Unterschiede in der 'molekularen Bewegung "innerhalb und außerhalb der Platten zu verringern. (Abbildung 2-6) Mit anderen Worten, wenn die Raumzeit hat wirklich irgendeine Art von Druck verbunden, dann die beiden Platten wird "geschoben" werden, zusammen, weil nur Partikel mit einer Wellenlänge / Energie- [8] kleiner als der Spalt zwischen den Platten kann innerhalb der Lücke, während die Partikel einer beliebigen Wellenlänge / Energie kann auf der Außenseite der Platten sein. Das Ergebnis ist, dass es mehr Teilchen Schieben der Platten zusammen, als drückt diese auseinander. Aus diesem Grund kollidieren die Platten zusammen wie ein Paar winzige Becken. Oder in anderen Worten endet das System erst mit weniger Platz zwischen den Platten. Casimir behauptet, dass die interaktive Geometrie der Raum selbst würde diese Bewegung verursachen. Wir haben jetzt bezeichnen es als den Casimir-Effekt.
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Abbildung 2-6 Die Casimir-Effekt.
Obwohl Casimir machte diese Vorhersage im Jahr 1948, war Geräte empfindlich genug, um diesen Effekt zu messen technologisch nicht verfügbar, bis 1996. Während dieser Zeitspanne wurde Kasimir-Vorhersage weithin angenommen, dass nur eine Laune der Mathematik sein. Dann, im Jahr 1997 Steve Lamoreaux produzierte eine überzeugende Demonstration der Wirkung. [9] Heute ", die sich mit der Casimir-Effekt ist zu einem dringend für Nanotechnologen." (Saswato Das, 2008) Der Casimir-Effekt stark argumentiert, dass Quantenfeldtheorie Bammel sind das Ergebnis der Wechselwirkungen von einigen theoretischen 'Moleküle' oder 'Atome' zu komponieren, die irgendwie mit dem Medium Platz. [10]
Warum ist das wichtig? Wenn wir die mikroskopischen Bereich zu untersuchen, entdecken wir, dass seine Funktion verliert Raumzeit als die ultimative Referenz-Frame. Dies ist ein erhebliches Problem, denn wenn wir nicht mehr haben eine ultimative Referenz-Frame, dann all die Fragen, die von Newtons Eimer eingeführt wieder werden unbeantwortet. Bis wir eine ultimative Referenz-Frame, die nicht auf den mikroskopischen Skalen nicht auflöst entdecken können, werden wir in dieser Wolke von Verwirrung zu bleiben. Deshalb ist es für uns wichtig ist den Hinweisen, dass die mikroskopischen Bereich anbieten können, um zu studieren. Wenn wir sie nutzen können, um ein neues Bild der Natur schildern, dann, dass Bild sollte natürlich zeigen die ultimative Referenz-Frame. Die Klarheit, die aus einer solchen kohärenten Theorie kommen würde ist, was wir wollen.
Einsteins Vision menschlicher Transzendenz erfordert, dass wir nichts weniger als eine Theorie, die eine völlig zusammenhängende Darstellung der einzelnen Phänomene gibt zu akzeptieren. Arbeiten in Richtung einer solchen Theorie verlangt, dass wir uns dessen bewusst all die einzigartigen Phänomene in der Natur, die einer Erklärung bedürfen und dass wir aktiv zu prüfen, diese Phänomene zu werden. Jedes unerklärliche Auftreten erzählt uns etwas über die Unzulänglichkeiten der bestehenden fragmentarischen Karten (oder Beschreibungen) der physischen Realität. Die meisten dieser Hinweise deuten auf die Notwendigkeit strengerer Kontrolle der mikroskopischen Bereich. Hier setzt unser ungeklärte Geheimnisse stammen, und das ist, wo wir unsere wertvollsten Hinweise, mit denen ein reicheres, vollständige Karte der physikalischen Wirklichkeit umschreiben zu finden. Lassen Sie uns untersuchen, etwas mehr von diesen Hinweisen.
Im Jahr 2005 zeigte, Theodore A. Jacobson und Renaud Parentani, dass "die Ausbreitung des Schalls in einem unebenen Strömung eng analog zur Ausbreitung von Licht in einem gekrümmten Raum-Zeit ist." Diese Arbeit legt nahe, dass "Raumzeit kann, wie ein Material Flüssigkeit , körnig sein und besitzen ein bevorzugtes Bezugssystem, die sich manifestiert in feinen Schuppen ... "(Jacobson und Parentani 2005, 70) Weitere Unterstützung dieser Schlussfolgerung kommt vom berühmten Stephen Hawkings Argument, dass Schwarze Löcher nicht wirklich schwarz. Zurück in den 1970er Jahren Hawking vorhergesagt, dass Schwarze Löcher Wärmestrahlung emittieren, sondern Relativitätstheorie fordert, dass jede Strahlung von der Oberfläche eines Schwarzen Lochs emittiert unendlich gedehnt werden, da es sich ausbreitet - macht es unmöglich, zu messen. Diese unendliche Strecken davon ausgegangen, dass die Raumzeit unendlich teilbar ist. Aber wenn wir die Raumzeit als körnige behandeln, dann können wir es als eine Fluid-System abbilden. Wenn wir dies tun, "den Strom der molekularen Struktur schneidet die unendliche Dehnung und ersetzt die mikroskopische Geheimnisse der Raumzeit durch die bekannte Physik." (Jacobson und Parentani 2005, 70)
Dieser Ansatz würde die Behauptung unterstützen, Hawking, aber bisher hat niemand mit einem Rahmen für die physische Realität, die eine körnige Struktur für Raumzeit zeigt kommen. Ein Grund dafür mag sein, dass ein solcher Rahmen muss das sein, was die Physiker einen Hintergrund unabhängige Formulierung nennen. Dies bedeutet, dass der Rahmen kann nicht voraussetzen, die Schwankungen der Quanten-Felder, oder die Schwingungen der String-Theorie, die innerhalb der Raumzeit geklebt werden. Stattdessen wird diese Formulierung erforderlich ist, um Quanteneffekte als Ergebnis von Wechselwirkungen innerhalb eines raum-und zeitlosen Rahmen zu erklären. Per Definition dieses Erfordernis kann nur in einem höher dimensionalen Modell erfüllt werden, doch bisher höherdimensionale Modelle haben intuitive Darstellung entgangen.
Ein weiterer Hinweis, die wir über den mikroskopischen Bereich ist, dass die theoretische Minimum diskrete Werte für Raum und Zeit existieren. [11] Wenn wir eine Region des Weltraums, oder ein Zeitintervall unterteilen fortsetzen, werden wir schließlich in einem Maßstab zu gelangen, wo weitere Spaltung der diese Parameter ergibt sinnlose Ergebnisse. Raum kann nicht in Einheiten kleiner als die Planck-Länge (L p) unterteilt werden, da unterhalb dieser Größe Raum selbst keine Definition behält. Ebenso kann die Zeit nicht in Einheiten kleiner als die Planck-Zeit (t p) geteilt werden, weil die Dimension der Zeit nicht beibehält, Definition, die über der Skala erscheint.
Heute gibt es eine Fülle von Erkenntnissen über den physischen Existenz dieser minimalen Grenzen. Die Planck-Konstanten sind universell Werte innerhalb der Formulierung der Quantenmechanik akzeptiert. Der schwedische Mathematiker Oskar Klein ursprünglich wählten das Planck-Länge im Jahre 1926 als einen eindeutigen Wert, weil es die einzige Länge, die natürlich in einer Quantentheorie der Gravitation könnte erscheinen soll. Da die Schwerkraft wird direkt an die Form der Raum verbunden ist, schien dieser Wert eine notwendige Voraussetzung. Die Planck-Zeit ist ein eindeutiger Wert, weil es der einzige Wert, der mit der Planck-Länge kombiniert werden können, um C, die Drehzahl der Raumzeit ergeben ist - anders als die Lichtgeschwindigkeit bekannt.
Die Existenz dieser Planck-Werte beschränkt alle Maßnahmen von Entfernung und Zeit zu ganzzahligen Vielfachen der Planck-Einheiten. In Raum zwei Objekten kann ein Abstand von 77-Planck-Längen voneinander entfernt sein, aber sie können nicht 77,5 Einheiten Planck-Länge voneinander entfernt sein. Zwei Ereignisse können 33-Planck Zeiteinheiten auseinander liegen, aber sie können nicht auftreten 33,5 Planck Zeiteinheiten (Chrononenfluß) auseinander.
All diese Hinweise auf die Idee, dass die Raumzeit ein Fluid führen -, dass es eine körnige Struktur hat. Dieser Punkt verdient Wiederkäuen, weil diese Bedingung technisch setzt die buchstäbliche physische Existenz zusätzlicher Dimensionen. Es bedeutet, dass die vollständige Karte der Natur muss dimensional reicher als wir angenommen haben. Wenn wir herausfinden, wie zu begreifen und zu erforschen, diese Dimensionen eine neue Dimension eröffnen könnte für uns. Aber bevor wir überhaupt starten können, um zu begreifen, oder erkunden, ungewohnte Dimensionen ist es relevant, dass wir genau verstehen, was eine Dimension ist. Daher wenden wir uns nun zu definieren und zu erforschen, was die Physiker durch meine 'Dimensionen. " Letztlich bleibt es unser Verständnis der Dimensionen, die unsere neue Überschrift bestimmt sein. Lernen, wie man die Legende von unserer neuen Karte (Wie wird die Dimensionen in dieser Karte verstehen) gelesen wird uns ermöglichen, endlich zu lösen, die Geheimnisse von Newton und seinen Eimer offenbart.
Von der in Kürze erscheinenden Buch:
Einsteins Intuition
von Thad Roberts
Vertreten durch
Sam Fleishman
Literarische Vertreter Künstler
New York, New York
HINWEISE:
[1] "Halt dich mit einem Freund in der Kajüte unter Deck auf einigen großen Schiff, und haben mit Ihnen die gleichen Fliegen, Schmetterlinge, Fliegen und andere kleine Tiere. Haben eine große Schüssel mit Wasser mit einigen Fischen darin; auflegen eine Flasche, Tropfen für Tropfen mündet in einem weiten Gefäß darunter. Mit dem Schiff still steht, sorgfältig beobachten, wie die kleinen Tiere mit gleichen Geschwindigkeiten auf allen Seiten der Kabine zu fliegen, und in etwas werfen Sie Ihrem Freund, benötigen Sie werfen es nicht mehr stark in eine Richtung, als eine andere, die Abstände gleich sind; Springen mit den Füßen zusammen, kommt man gleich Räume in jede Richtung. Wenn Sie alle diese Dinge sorgfältig erhalten, haben das Schiff mit jeder Geschwindigkeit Sie fortfahren, solange die Bewegung gleichförmig und nicht schwankend hin und her ist. Sie werden entdecken, nicht die geringste Veränderung in all den Folgen benannt, noch konnte man von einem von ihnen, ob das Schiff sich bewegt oder still zu erzählen. "Galileo Galilei, Dialog über die beiden hauptsächlichen Weltsysteme, 1632, von Stillman Drake, S. übersetzt . 186; Walter Isaacson, Einstein, S. 108-9.
[2] Kip Thorne, 1979, Zitat von Einstein von Walter Isaacson, p. 133.
[3] al-Farabi, 1951, 'Farabis Artikel auf Vacuum,' N. und A. Lugal Sayili (Hrsg. und übers.), Ankara: Turk Tarih Kurumu Basimevi.
[4] Isaac Newton, Principia, Scholium auf absolutem Raum und absoluter Zeit Florian Cajori, trans, Berkeley:. University of California Press, 1934; abgedruckt in den wissenschaftlichen Hintergrund der neueren Philosophie, Herausgegeben von Michael R. Matthews, Hackett Publishing Company Indianapolis / Cambridge, 1989, S. 139-146: Cohen, I. Bernard. Die Newtonsche Revolution. Cambridge: Cambridge University Press, 1980; Manuel, Frank E. A Portrait of Isaac Newton. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 1968; Westfall, Richard S.Never in Ruhe: Eine Biographie von Isaac Newton. Cambridge: Cambridge University Press, 1980.
[5] Leibniz sagte: "Ich halte Raum, um etwas bloß relativ sein, denn Zeit ist ... Ich halte es für eine Bestellung von Koexistenzen sein, denn Zeit ist ein Auftrag von Erbschaften." HG Alexander, "Der Leibniz-Clarke-Korrespondenz" Manchester University Press (1956), 3. Papier, § 4; Olaf Dryer 'Relational Quantum Physics and Space, arXivig -qc/0404054v1, 13. April 2004.
[6] Natürlich ist ein Universum, das nur einen Eimer Wasser konnte nicht genug besitzen, durch die Schwerkraft, um das Wasser von schwimmenden fern zu halten. Also in diesem Fall, da wir auf eine Beschleunigung im Allgemeinen zu diskutieren heißt, anstatt sich vorstellen, dass Sie sich in einem großen Eimer wurden positioniert. Wenn der Eimer wurden Spinnen Sie sich fühlen würden ein Pull gegenüber seinen äußeren Rand. Machs Behauptung ist, dass ohne einen weiteren Anhaltspunkt dafür, wie die Spinnerei des Eimers kann diese nicht mehr Spinnen zu definieren. Daher wird in dieser Sicht ist es in einem sonst leeren Universum unmöglich ist, einen Zug in Richtung der Wände des Eimers zu fühlen.
[7] Ironischerweise begann Einstein seine intellektuelle Bemühung, indem Sie versuchen zu beweisen, dass korrekte Mach in seiner relationalen Ansatz war.
[8] In der Quantenmechanik hat alles einen Welle-Teilchen-Dualität. Alles, daher, verfügt über eine zugeordnete Wellenlänge.
[9] Die Veröffentlichung auf dieser Demonstration sind zu finden unter - Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.5
[10] Auch ohne den Casimir-Effekt als Erklärung Vakuum-Energie würde immer noch als gültig und sicher durch den Anspruch etablierten Phänomen, das als Lamb-Verschiebung bekannt zu halten. Der Schluß geht so: da Vorhersagen für die Wellenlängen des Lichts absorbiert und emittiert wird durch Moleküle (die nur entsprechen, wenn die Physiker, dass Beobachtung vibrierenden Molekülen Nullpunktenergie enthalten übernehmen) kann erweitert zu erklären, wie "Vakuum-Fluktuationen, die Frequenzen des Lichts zu verändern, dass Wasserstoff Atome absorbieren und emittieren, "Nullpunkt-Energie muss innewohnt Vakuumfluktuationen. Die "gleichen grundlegenden Theorie, die für Moleküle arbeitet, sagt, dass das Vakuum Nullpunkt-Energie enthält zu, es gibt keinen Grund, etwas anderes zu glauben." (David Shiga, "Etwas für Nichts", New Scientist, Oktober 2005:. 34-37)
[11] Diese Werte werden als die Planck-Länge (l p), und die Planck-Zeit (t p). Es existiert auch eine minimale diskreten Wert für die Planck-Masse genannt Masse (m p)-Planck-Ladung (Q p) und-Planck-Temperatur (T p).
l P = 1.616252 (81) "10 bis 35 m
t P = 5,39124 (11) "10 bis 44 s
P = 2,17644 m (11) '10 - 8 kg
q p = 1,875545870 (47) x 10 -18 C
T p = 1.416785 (71) x 10 32 K
(Kursiv Ziffern sind theoretisch.)
Wenn wir das Medium der Raumzeit als molekularen oder atomaren Composite interpretieren, dann werden diese Parameter können so einfach wie die physikalischen Werte, die dem einzelnen 'Moleküle' oder 'Atome' von diesem Medium beziehen verstanden werden. Unterstützung für diese Interpretation kommt von der Tatsache, dass die Konstanten der allgemeinen Relativitätstheorie und die Quantenmechanik natürliche Derivate dieser fundamentalen Konstanten sind.
Die primären Konstanten der allgemeinen Relativitätstheorie und die Quantenmechanik sind:
(C ist die charakteristische Geschwindigkeit der Raumzeit, umgangssprachlich als die Lichtgeschwindigkeit bezeichnet wird, ist Planck-Konstante und G die Gravitationskonstante ist,.)
Diese Konstanten können aus den fundamentalen Konstanten der dem Raum Quanten in der folgenden Weise abgeleitet werden:
l P / t P = C, L P 3 / m P t P 2 = G, m P l P 2 / P t = h
Rückwärts arbeiten wir für l p, m p und t p in Bezug auf die allgemein-relativistische und quantenmechanische Konstanten (gemessene Werte) auf diese Weise zu lösen:
l P = O-HG / c 3, t P = O-HG / c 5, m P = O hc / G
Es gibt viele andere Konstanten der Natur, die alle erscheinen in Physik, Chemie, Elektronik usw., die sich auch herausstellen, natürliche Verbundwerkstoffe der Planck-Parameter sein. Zum Beispiel: die magnetische Konstante (μ 0), die elektrische Konstante (ε 0), die Boltzmann-Konstante (k), und die charakteristische Impedanz des Vakuums (Z 0). Wir besprechen diese Beziehungen, und einige andere, in größerem Detail in Kapitel 16.