Luku 2
3 §: Einsteinin Absoluuttinen aika-avaruuden
Kuten Newtonin malli, Einsteinin malli fyysinen todellisuus herättää absoluuttinen vertailuarvo, lopullinen viitekehys Nature hän kutsui absoluuttinen aika-avaruuden. [7] Siksi mukaan yleinen suhteellisuusteoria, ämpäri muuten tyhjään maailmankaikkeuden voidaan nopeuttaa tai kiertohuimaus. Aika-avaruuden tarjoaa maininta, jonka voimme määritellä tämän nopeuttamisen takia intiimi korrelaatio Se kuvaa välillä liikettä avaruuden halki ja liikkeen kautta aikaa.
Jos esine kulkee aika-avaruuden johdonmukaisesti muuttumaton tavalla, niin se ei kiihdytä. Kuitenkin, jos kohde muuttuu liikkeen kautta aika-avaruuden - muuttamalla sen suunta, tai sen nopeus - sitten esine on kiihtynyt. Koska mitään muutosta objektin kokemus aikavälein muuttaa sen kokemuksen tilaa, ja päinvastoin, aika-avaruuden on vertailukohtana kiihtyvyys. Se on jokaisen objektin jatkuvassa liikkeessä läpi aika-avaruuden, joka tekee aika-avaruuden perimmäinen viitekehys - ainakin makroskooppisesti. Siksi Einstein merkitty absoluuttinen benchmark "absoluuttinen aika-avaruuteen."
Jotta tämä hiukan selkeämpi, harkitse seuraavia: jokainen esine voi liikkua ajassa ja paikassa, mutta sen yhteenlaskettu liikkumisen aikaa ja tilaa on aina sama kuin valon nopeus (c). Molemmissa päissä spektrin kohde voidaan siirtää vain avaruuden läpi, jossa se ei edetessä aikaa lainkaan, tai vain aikaa, jossa se ei etene avaruudessa ollenkaan.
Einsteinin käsite absoluuttinen aika-avaruuden on selvä parannus verrattuna Newtonin absoluuttinen avaruus, mutta se ei voi olla täydellistä vastausta, koska se ei paljasta miksi muut toimenpiteet Luonto tiukasti relaatio. Se antaa meille perimmäinen viitekehys (aika-avaruuden alalla nolla kaarevuus), mutta rakenne olisi viitekehys ei anna selitystä miksi sijainti, nopeus, jne. ovat relaatio määriä.
Tämä on niin pitkälle kuin olemme tulleet pyrkiessämme löytämään luonnon perimmäinen viitekehyksen. Olemme edelleen täydellinen geometrinen kuvaus aika-avaruuden - joka pystyy antaen meille viittauksen, joka määrittää kiihtyvyys, ja miksi ihmissuhteisiin toimenpiteet (sijainti, nopeus, jne.) eivät yksikäsitteisesti vahvistetaan, että viitekehyksen. Mennä pidemmälle meidän täytyy ymmärtää paljon enemmän mitä me kutsumme aika-avaruuden kuin me tällä hetkellä teemme. Olemme todenneet, että aika-avaruuden on jotain, mutta mitä se on? Avaruus on osa sitä, aika on osa sitä, täyteloimet ja väreitä ovat joitakin sen ominaisuuksista, ja se rakentaa maininta, jonka kiihtyvyys saa merkityksensä. Mutta mitä tämä asia kutsumme aika-avaruuden? Miten voimme täysin kartta tai ymmärrä sitä? Miksi tämä aika-avaruuden ei tarkasti määritellä asioita, kuten sijainti ja nopeus?
Vaikka me pohdimme, mitä aika-avaruuden on, voimme keskustella joitakin vihjeitä tilaa ja aikaa, jotka on löydetty viime aikoina. (Vastaukset kysymyksiin tässä luvussa edellyttävät johdatus uuden mallin aika-avaruuteen. Ne löytyvät jälkeen käyttöönotto - katso luku 10).
Modern Vinkkejä Ultimate Reference Frame
Quantum fysiikka on todennut, että ultramicroscopic valtakunta on suffused Quantum hermostuneisuus. Mitä tämä tarkoittaa? No, tavallinen vastaus yleensä kuuluu puhua kenttiä ja / tai imurilla vaihtelut, jotka molemmat näyttävät välttää graafinen selitys vastaamalla kanssa ehdoin yhtä sekava. Tämä ei onnistunut millään tarkoituksena on johtaa harhaan. Totuus on, että kokonaiskuva aika-avaruuden on edelleen kateissa, joten mitään puhua kvantti hermostuneisuus (tai jollekin muulle kvanttimekaniikan tapahtumien) yleensä tekninen tai matemaattinen. Kuitenkin nämä havainnot voi toimia välähdyksiä rakennetta aika-avaruuteen. Ne voivat antaa meille vihjeitä siitä, miten rakenne aika-avaruuteen on - vihjeitä, jotka auttavat meitä tavoitteena rakentaa täydellinen kartta.
Hendrik Casimir suunnitellut yksi niistä vihjeitä. Hän ennusti, että kaksi varauksettomien metallilevyjä (tai peilit) liikkuvat toisiaan kohti, kun se sijoitetaan tyhjiössä ja järjestetään rinnakkain toisiaan. Koska painovoima näiden kahden levyt on aivan liian heikko selittämään tätä liikettä ja mitään muuta kuin tilaa on mukana järjestelmässä, tämä vaikutus on hyvin kiehtova.
Selittää tätä esitystä, Casimir ehdotti, että kvantti vaihtelut tilan itse ovat analogisia aiheuttama paine yhdistettynä liikkeet monia molekyylejä. Tämän olettamuksen perusteella, hän osoitti, että kun molemmat levyt ovat sijoitettu hyvin lähelle toisiaan "molekyyli paine" avaruutta on hieman pienentää levyjen välissä, koska kunkin eroja "molekyyli puolesta" ja sen ulkopuolella levyt. (Kuva 2-6) Toisin sanoen, jos aika-avaruuden todella on jonkinlainen liittyvän paineen, sitten kahden levyn tulee "työntää" yhteen, koska vain hiukkasia, jonka aallonpituus / energia [8] pienempi kuin ero levyt voidaan sisällä kuilu, kun taas hiukkasten kaikista aallonpituus / energiaa voidaan ulkopuolelle levyt. Tuloksena on, että on enemmän hiukkasia työntää levyjä yhteen kuin ajaa heidät erilleen. Tämän vuoksi levyt yhteentörmäys yhdessä kuin pari pienen symbaalien. Tai toisin sanoen, järjestelmä päätyy vähemmän tilaa levyjen välissä. Casimir väitti, että interaktiivinen geometrian tilaa itse aiheuttaisi tätä esitystä. Nyt kutsuvat sitä Casimir vaikutus.
[KUVA placeholder]
Kuva 2-6 Casimir Effect.
Vaikka Casimir teki tämän ennustuksen vuonna 1948, laite riittävän herkkä mittaamaan Tätä vaikutusta ei ole teknisesti käytettävissä vasta vuonna 1996. Tänä aikana span, Kasimirin ennuste oli yleisesti uskotaan olevan vain oikku matematiikan. Sitten, vuonna 1997 Steve Lamoreaux tuottanut vakuuttava osoitus vaikutus. [9] Nykyään "käsittelee Casimir vaikutus on tullut kiireellisesti nanoteknologian." (Saswato Das, 2008) Casimir vaikutus vahvasti väittää, että kvantti kenttä hermostuneisuus ovat seurausta vuorovaikutuksesta joidenkin teoreettisten molekyylit "tai" atomeista ", jotka jotenkin säveltää keskipitkällä tilaa. [10]
Miksi tämä on tärkeää? Kun koetin mikroskooppisen valtakunta, huomaamme, että aika-avaruuden menettää toimivat lopullisena viitekehyksenä. Tämä on merkittävä ongelma, sillä jos meillä ei enää ole lopullinen viitekehys, sitten kaikki kysymykset käyttöön Newtonin ämpäri tullut vastaamattomia uudelleen. Kunnes voimme löytää lopullinen viitekehys, joka ei liukene on mikroskooppisen asteikkoja, me pysymme tässä pilvi sekaannusta. Siksi meille on tärkeää tutkia vihjeitä, että mikroskooppinen maailma voi tarjota. Jos voimme käyttää niitä kuvata uuden kuvan luonteesta, niin että kuva olisi luonnollisesti paljastaakseen perimmäisen viitekehyksen. Selkeys, jotka olisi saatu niin yhtenäinen teoria on meidän jälkeen.
Einsteinin näkemys ihmisen transsendenssi edellyttää, että me hyväksymme vähempää kuin teoria, joka antaa täysin johdonmukaista huomioon yksittäisten ilmiöiden. Työskentely kohti tällaista teoriaa edellyttää, että tulemme tietoisiksi siitä kaikki ainutlaatuisia luonnonilmiöistä, jotka vaativat selitystä ja että me aktiivisesti tutkia kyseisiä ongelmia. Jokainen selittämätön esiintyminen kertoo jotain puutteita nykyiset hajanaiset karttoja (tai kuvaukset) fyysisen todellisuuden. Useimmat niistä johtolankoja kohta kohti tarpeen valvoa tiukemmin ja mikroskooppisen pelimaailmaan. Tässä kohdin tarvitaan selittämättömiä mysteereitä peräisin, ja tässä me löydämme kaikkein arvokkaita vihjeitä, joiden kirjoittaa rikkaampi, täydellinen kartta fyysisen todellisuuden. Katsotaanpa tutkia lisää näitä vihjeitä.
Vuonna 2005 Theodore A. Jacobson ja Renaud Parentani osoitti, että "äänen etenemiselle epätasaisesti nestevirtauksen läheisesti analoginen valon etenemiselle on kaareva aika-avaruudessa." Tämä työ osoittaa, että "aika-avaruuden voi, kuten materiaali neste , olla rakeista ja niillä parempana viitekehys, joka ilmenee hienoksi asteikot ... "(Jacobson ja Parentani 2005, 70) Lisätukea Tämän päättelyn tulee Stephen Hawking kuuluisaa väitettä, että mustat aukot eivät ole todella musta. Back in 1970 Hawking ennusti mustat aukot päästävät lämpösäteilyä, mutta suhteellisuusteoria vaatii, että kaikki säteily pinnasta musta aukko on äärettömän ulottui se etenee pois - on mahdotonta mitata. Tämä ääretön venyttely oletetaan, että aika-avaruuden on äärettömän jaollinen. Mutta jos me kohtelemme aika-avaruuden kuin rakeinen, voimme kuvata sitä nestejärjestelmään. Kun teemme tämän, "neste molekyylirakenne katkaisee ääretön venyttely ja korvaa mikroskooppisen salaisuudet aika-avaruuden tunnettujen fysiikan." (Jacobson ja Parentani 2005, 70)
Tämä lähestymistapa tukisi Hawking väittää, mutta toistaiseksi kukaan ei ole keksinyt puitteet fyysinen todellisuus, joka esittää rakeinen rakenne aika-avaruuden. Yksi syy tähän voi olla se, että tällainen kehys on mitä fyysikot soittaa tausta riippumaton muotoilu. Tämä tarkoittaa, että kehystä ei edellytä vaihtelut kvantti kenttiin tai värähtelyt Säieteorian, jäädä jumiin sisällä aika-avaruuden. Sen sijaan tämä muotoilu on tarpeen selittää kvantti-ilmiöiden seurauksena välistä vuorovaikutusta tilattomassa ja ajaton puitteet. Määritelmän tämä vaatimus voidaan täyttää ainoastaan korkeampaan-ulotteinen malli, mutta toistaiseksi korkeamman ulottuvuuden mallit ovat paenneet intuitiivinen kuvaus.
Toinen vihje meillä on mikroskooppinen maailma on, että teoreettinen pienin erillisiä arvoja tilaa ja aikaa olemassa. [11] Jos jatkamme jakaa alueen tilaan tai aikaväli, me lopulta saapuvat mittakaavassa jossa edelleen jako ne parametrit tuottaa merkityksettömiin tuloksiin. Alueella ei voi jakaa yksiköitä pienempi kuin Planckin pituus (L p) koska alla, että koko tilan itse säilyttää mitään määritelmää. Samoin aikaa ei voida jakaa yksiköitä pienempi kuin Planckin aika (t p), koska ajallisella ulottuvuudella ei säilytä määritelmää pidemmälle mittakaavassa.
Nykyään on olemassa lukuisia todisteita tukemaan fyysistä olemassaoloa näiden alarajojen. Planck vakiot ovat yleisesti hyväksyttyjä arvoja muotoilussa kvanttimekaniikka. Ruotsin matemaatikko Oskar Klein alunperin poimittu Planckin pituus vuonna 1926 niin ainutlaatuista arvoa, koska se on vain pituus, joka voi luonnollisesti esiintyä kvanttiteoria painovoiman. Koska painovoima on liitetty suoraan muotoon, on tämä arvo näytti välttämätön edellytys. Planck aika on ainutlaatuinen arvo, koska se on ainoa arvo, joka voidaan yhdistää Planckin pituus tuottaa C, nopeus aika-avaruuteen - muutoin tunnetaan valon nopeus.
Löydöistä Planck arvot rajoittavat kaikki toimenpiteet matkan ja ajan kokonaislukuun kerrannaisia Planck yksiköitä. Avaruudessa kaksi objektia voidaan etäisyys 77 Planckin pituus toisistaan, mutta niitä ei voida 77,5 Planckin pituus yksiköt toisistaan. Kaksi tapahtumaa voi tapahtua 33 Planck aikayksikköä toisistaan, mutta he eivät voi esiintyä 33,5 Planck aikayksikköä (chronons) toisistaan.
Kaikki nämä vihjeet johtavat ajatuksen, että aika-avaruuden on nestettä - että se on rakeinen rakenne. Tämä kohta ansaitsee märehtimisen koska tämä ehto teknisesti vaatii kirjaimellisesti fyysinen lisäehtoihin mitat. Se tarkoittaa, että koko kartta Luonto on mittatarkka rikkaampi kuin olemme olettaneet. Jos saamme selville, miten ymmärtää ja tutkia näitä ulottuvuuksia kokonaan uusi maailma voisi avautua meille. Mutta ennen kuin voimme edes alkaa ymmärtää, tai tutkia, tuntemattomia ulottuvuuksia on huomattava, että ymmärrämme mitä ulottuvuus. Siksi käännymme nyt määritellä ja tutkia mitä fyysikot tarkoitat "ulottuvuuksia." Viime kädessä se on meille ymmärrystä mitat ratkaisee uusi otsikko. Opi lukemaan legenda uuden kartan (miten ymmärtää mitat että kartta) avulla voimme lopultakin ratkaista mysteereistä paljasti Newton ja hänen ämpäri.
Tulevalta kirja:
Einsteinin Intuitio
by Thad Roberts
Edustaa
Sam Fleishman
Literary Taiteilijat edustajat
New York, New York
HUOMAUTUKSIA:
[1] "Shut itsesi jopa joidenkin ystävä tärkein hytissä kansien alapuolella jonkin suuren laivan, ja teidän kanssanne näitä samoja kärpäsiä, perhosia, ja muut pienet lentävät eläimet. On iso kulho vettä joidenkin kala se, Lopeta pullo, joka tyhjentää tipoittain osaksi leveä alus sen alla. Kun laiva seisoo paikallaan, tarkkailla huolellisesti, kuinka pieniä eläimiä lentää yhtä nopeudet kaikille puolille matkustamon, ja heittää jotain ystäväsi, sinun täytyy heittää se ei voimakkaammin johonkin suuntaan kuin toiseen, etäisyydet pysyvät samoina; hyppy jalat yhteen, voit siirtää yhtä tilat joka suuntaan. Kun olet saanut kaikki nämä asiat huolellisesti, on aluksen tee mitään nopeutta haluat, kunhan liike on yhtenäinen eikä vaihteleva tällä tavalla ja että. Sinä tulet huomaamaan ei vähiten muutoksen kaikkia vaikutuksia nimetty, eikä voinut kertoa mistä tahansa heistä, onko alus liikkui tai pysyvän edelleen. "Galileo Galilei, vuoropuhelu kyseisistä kahdesta Chief Maailman Systems, 1632, kääntämä Stillman Drake, p . 186 ja Walter Isaacson, Einstein, s. 108-9.
[2] Kip Thorne, 1979, Lainaus Einstein Walter Isaacson, s. 133.
[3] al-Farabi, 1951, "Farabi n artikkeli Vacuum," N. Lugal ja A. Sayili (toim. ja trans.), Ankara: Turk Tarih Kurumu Basimevi.
[4] Isaac Newton, Principia, Scholium ehdottomaan tilaa ja aikaa Florian Cajori, trans. Berkeleyn: University of California Press, 1934, uusintapainos tieteellisenä tausta Modern Philosophy, Muokannut Michael R. Matthews, Hackett Publishing Company Indianapolis / Cambridge, 1989, s. 139-146: Cohen, I. Bernard. Newtonin vallankumous. Cambridge: Cambridge University Press, 1980, Manuel, Frank E. muotokuva Isaac Newton. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 1968, Westfall, Richard S. koskaan levossa: elämäkerta Isaac Newton. Cambridge: Cambridge University Press, 1980.
[5] Leibniz sanoi, "pidän tilaa olla jotakin vain suhteellista, sillä aika on ... En pidä sitä olla järjestyksessä coexistences, koska aika on järjestyksessä sukupolvenvaihdoksista." HG Alexander, "Leibniz-Clarke kirjeenvaihto" Manchester University Press (1956), kolmas paperi, § 4; Olaf Dryer "Relaatio fysiikan ja Quantum Space, arXivig -qc/0404054v1, April 13, 2004.
[6] Tietenkin universumi sisältää vain vesiämpäriin voisi ole tarpeeksi painovoimaa, jonka pitää vettä kelluva pois. Joten tässä tapauksessa, koska aiomme keskustella kiihtyvyys yleensä kuvittele sen sijaan että olisit sijoitettu iso ämpäri. Jos ämpäri oli spinning teistä tuntuisi vetää kohti sen ulkoreunaa. Mach väite on, että ilman toista maininta, jonka määritellä kehruu ämpäri sitä ei voi pyöriä. Siksi tässä näkymässä on mahdotonta muuten tyhjään maailmankaikkeus, tuntea vetää kohti seinät ämpäri.
[7] Ironista kyllä, Einstein alkoi hänen henkinen pyrkimyksessä yrittää todistaa, että Mach oli oikeassa hänen relaatio lähestymistapa.
[8] Kvanttimekaniikassa kaikki on hiukkanen-aalto kaksinaisuuden. Kaikki siis on liittynyt aallonpituus.
[9] julkaisua Osoituksen löytyy - Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.5
[10] Jopa ilman Casimir vaikutus kuin selitys tyhjiö energiaa silti pitää pätevänä ja turvallinen väittävät kautta vakiintunut ilmiö tunnetaan Lamb muutos. Päättely menee näin: koska ennusteita valon aallonpituuksia imeytyy ja synnyttämä molekyylejä (joka yhdistää vain havainto jos fyysikot olettavat, että värisevä molekyylit nollapiste energia) voidaan laajentaa miten "tyhjiö vaihtelut muuttaa valon aallonpituuksia, että vety atomit imevät ja luovuttavat, "nollapiste-energia on luonnostaan tyhjiössä vaihtelut. "Samat teoriaa, joka toimii molekyylejä sanoo, että tyhjiö on nollapiste-energiaa myös, ei ole mitään syytä uskoa toisin." (David Shiga, "jotain mitään", New Scientist, lokakuu 2005: 34-37.)
[11] Nämä arvot ovat nimeltään Planckin pituus (L p), ja Planckin aika (t p). On myös olemassa vähintään diskreetin arvon massa kutsutaan Planckin massa (m p), Planckin varaus (q p), ja Planckin lämpötila (T p).
l P = 1.616252 (81) "10-35 m
T P = 5,39124 (11) "10-44 s
m P = 2,17644 (11) '10-8 kg
q p = 1.875545870 (47) x 10 -18 C
T p = 1.416785 (71) x 10 32 K
(Kursivointi numeroa ovat teoreettisia.)
Jos tulkitsemme keskipitkällä aika-avaruuteen kuten molekyyli tai atomi komposiitti, nämä parametrit voidaan helposti ymmärtää fyysisiä arvoja, jotka liittyvät yksilön molekyylien "tai" atomeista "tämän keskipitkän. Tuki tämä tulkinta tulee siitä, että vakiot yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka ovat luonnollisia johdannaisia näiden perusoikeuksien vakioita.
Ensisijainen vakiot yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka ovat:
(C on ominaista nopeus aika-avaruuteen, puhekielessä kutsutaan valon nopeudella, on Planckin vakio, ja G on gravitaatiovakiolla.)
Näitä vakioita voidaan johtaa perustavaa laatua vakiot tilaa quanta seuraavalla tavalla:
l P / T P = c, l P 3 / m P T P 2 = G, m P l P 2 / T P = H
Työskentely taaksepäin voimme ratkaista l p, m p ja t p kannalta yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan vakioita (mittausarvot) tällä tavalla:
l P = O HG / C 3, T P = O HG / C 5, m P = O hc / G
On monia muita vakioita luontoa, jotka näkyvät kaikki koko fysiikka, kemia, elektroniikka jne., että myös osoittautua luonnollinen komposiittikuvia Planck parametrit. Esimerkiksi: magneettinen vakio (μ 0), sähkö vakio (ε 0), Boltzmannin vakio (k), ja ominaisimpedanssi on tyhjiö (Z 0). Keskustelemme näitä suhteita, ja monet muut, tarkemmin 16 luvussa.