Chapitre 2

Section 3: Absolute Spacetime Einstein

Comme le modèle de Newton, le modèle d'Einstein de la réalité physique évoque une référence absolue, un cadre de référence ultime dans la nature qu'il a appelé absolue espace-temps. [7] Par conséquent, selon la relativité générale, un seau dans un univers autrement vide peut être l'accélération ou le filage. Spacetime fournit la référence par lequel nous pouvons définir cette accélération en raison de la corrélation intime entre le mouvement qu'il représente à travers l'espace et le mouvement à travers le temps.

Si un objet se déplace dans l'espace-temps d'une manière conforme immuable, alors ce n'est pas l'accélération. Cependant, si un objet change son mouvement à travers l'espace-temps - en changeant son orientation, ou sa vitesse - alors que l'objet a accéléré. Depuis tout changement dans l'expérience d'un objet de temps exige un changement dans son expérience de l'espace, et vice versa, l'espace-temps est la référence pour l'accélération. Il est constant mouvement chaque objet à travers l'espace-temps qui fait le cadre espace-temps de référence ultime - au moins macroscopiquement. C'est pourquoi Einstein étiqueté la référence absolue «espace-temps absolu."

Pour rendre cela plus clair un peu, considérer les points suivants: chaque objet peut se déplacer à travers le temps et l'espace, mais son mouvement combiné à travers le temps et l'espace est toujours égale à la vitesse de la lumière (c). Aux deux extrémités du spectre d'un objet peut se déplacer seulement à travers l'espace, où il ne progresse pas dans le temps du tout, ou seulement à travers le temps, où il ne progresse pas dans l'espace à tous.

Notion d'espace-temps d'Einstein absolue constitue une nette amélioration dans l'espace absolu de Newton, mais il ne peut pas être la réponse complète, car elle ne révèle pas pourquoi d'autres mesures dans la nature sont strictement relationnels. Elle nous donne un cadre de référence ultime (un domaine espace-temps de courbure nulle), mais la structure de ce cadre de référence ne nous donne pas une explication de pourquoi la position, vitesse, etc sont des quantités relationnelle.

C'est autant que nous sommes venus dans notre quête pour découvrir la Nature cadre de référence ultime. Nous sommes toujours avec une description complète géométriques de l'espace temps - celui qui est capable de nous fournir simultanément avec une référence qui définit l'accélération, et d'expliquer pourquoi des mesures relationnelles (position, vitesse, etc) ne sont pas uniquement fixées par ce cadre de référence. Pour aller plus loin, nous devons comprendre beaucoup plus sur la chose que nous appelons l'espace-temps que nous faisons actuellement. Nous avons établi que l'espace-temps est une chose, mais quoi s'agit-il? L'espace est une partie de celui-ci, le temps est une partie de celui-ci, les chaînes et ondulations sont certaines de ses propriétés, et il construit la référence par lequel l'accélération prend tout son sens. Mais quelle est cette chose que nous appelons l'espace-temps? Comment sommes-nous pleinement carte ou le comprendre? Pourquoi est-il que cette espace-temps ne serait pas strictement définir les choses comme la position et la vitesse?

Alors que nous réfléchissons à ce que l'espace-temps est, nous allons discuter de certains des indices sur l'espace et du temps qui ont été découverts plus récemment. (Les réponses aux questions posées dans ce chapitre nécessitent une introduction à notre nouveau modèle d'espace-temps Ils peuvent être trouvés après cette introduction -. Voir le chapitre 10.)

Clues moderne pour un cadre de référence ultime

La physique quantique a montré que le royaume ultramicroscopiques se répand avec nervosité quantique. Qu'est-ce que cela signifie? Eh bien, la réponse habituelle tend à inclure parler de champs et / ou les fluctuations du vide, les deux qui semblent éviter une explication graphique en répondant à des conditions tout aussi confus. Ce n'est pas fait avec l'intention de tromper. La vérité est que une image complète de l'espace-temps est toujours porté disparu, de sorte que tout parler de trac quantique (ou l'un des événements quantiques d'autres méthodes mécaniques) tend à être techniques ou mathématiques. Néanmoins, ces observations peuvent servir aperçus dans la structure de l'espace-temps. Ils peuvent nous donner des indices sur la façon dont la structure de l'espace-temps doit être - des indices qui nous aideront dans notre objectif de construire une carte complète.

Hendrik Casimir envisagé un de ces indices. Il a prédit que deux plaques métalliques non chargées (ou miroirs) vont se déplacer vers l'autre quand ils sont placés dans le vide et sont disposées parallèlement les unes aux autres. Puisque la force gravitationnelle entre ces deux plaques est beaucoup trop faible pour expliquer ce mouvement et rien d'autre que l'espace est inclus dans le système, cet effet est très intrigante.

Pour expliquer ce mouvement, Casimir a suggéré que les fluctuations quantiques de l'espace se sont analogues à une pression causée par les mouvements combinés de nombreuses molécules. Basé sur cette hypothèse, il a montré que lorsque les deux plaques sont placées très près les uns aux autres la "pression moléculaire» de l'espace devraient diminuer légèrement entre les plaques en raison des différences respectives dans «moléculaires mouvement» à l'intérieur et l'extérieur des plaques. (Figure 2-6) En d'autres termes, si l'espace-temps est vraiment une sorte de pression associés, puis les deux plaques seront «poussés» ensemble parce que seules les particules avec une longueur d'onde / énergie [8] plus petit que l'écart entre les plaques peuvent être dans le fossé, tandis que des particules de toute longueur d'onde / énergie peut être à l'extérieur des plaques. Le résultat est qu'il ya plus de particules pousser les plaques les unes que de les pousser dehors. Pour cette raison, les plaques s'entrechoquent comme une paire de cymbales minuscules. Ou en d'autres termes, le système se retrouve avec moins d'espace entre les plaques. Casimir a affirmé que la géométrie interactive de l'espace lui-même serait la cause de cette motion. On se réfère maintenant à elle comme l'effet Casimir.

[PLACEHOLDER FIGURE]

Figure 2-6 L'effet Casimir.

Bien que Casimir a fait cette prédiction en 1948, assez équipements sensibles pour mesurer cet effet n'était pas technologiquement disponibles jusqu'en 1996. Pendant ce laps de temps, la prédiction de Casimir a été largement supposé être juste un caprice de mathématiques. Puis, en 1997 Steve Lamoreaux produit une démonstration convaincante de l'effet. [9] Aujourd'hui, "traitant de l'effet Casimir est devenu une question d'urgence pour les nanotechnologies." (Saswato Das, 2008) L'effet Casimir soutient fermement que la nervosité du champ quantique sont le résultat des interactions de certains théoriques »des molécules» ou «atomes» qui en quelque sorte de composer le milieu de l'espace. [10]

Pourquoi est-ce important? Lorsque nous sondons le domaine microscopique, nous découvrons que l'espace-temps perd sa fonction en tant que cadre de référence ultime. Ceci est un problème important, car si nous n'avons plus un cadre de référence ultime, alors toutes les questions introduites par seau de Newton deviennent sans réponses encore. Jusqu'à ce que nous pouvons découvrir un cadre de référence ultime qui ne se dissolvent pas sur les échelles microscopiques, nous resterons dans ce nuage de confusion. C'est pourquoi il est important pour nous d'étudier les indices que le royaume microscopique peut offrir. Si nous pouvons les utiliser pour illustrer une nouvelle image de la nature, alors que les images devraient naturellement révéler le cadre de référence ultime. La clarté qui viendrait d'une telle théorie cohérente est ce que nous sommes après.

La vision d'Einstein de la transcendance humaine exige que nous n'accepterons rien de moins qu'une théorie qui donne un compte totalement cohérente des phénomènes individuels. Travailler à une telle théorie exige que nous prenons conscience de l'ensemble des phénomènes uniques dans la nature qui exigent des explications et que nous avons activement enquêter sur ces phénomènes. Chaque occurrence inexpliquée nous raconte quelque chose sur les lacunes de nos cartes existantes fragmentaires (ou description) de la réalité physique. La plupart de ces indices pointent vers la nécessité d'un examen plus strict de la sphère microscopique. C'est là que nos mystères inexpliqués proviennent, et c'est là que nous trouverons notre plus précieux indices permettant de réécrire une riche, une carte complète de la réalité physique. Penchons-nous sur un peu plus de ces indices.

En 2005, Theodore A. Jacobson et Renaud Parentani a montré que «la propagation du son dans un écoulement fluide inégale est étroitement analogue à la propagation de la lumière dans un espace-temps courbe." Ce travail suggère que «l'espace-temps peut, comme un fluide matériel , être granulaire et de posséder un cadre privilégié de référence qui se manifeste à des échelles fines ... »(Jacobson et Parentani 2005, 70) En outre l'appui de cette inférence provient de fameux argument de Stephen Hawking des trous noirs ne sont pas vraiment noirs. Retour dans les années 1970 Hawking prédit que les trous noirs émettent un rayonnement thermique, mais exige la relativité que tout rayonnement émis par la surface d'un trou noir sera infiniment étiré comme il se propage loin - ce qui rend impossible à mesurer. Cet infini qui s'étend suppose que l'espace-temps est infiniment divisible. Mais si nous traitons l'espace-temps que granulaire, alors nous pouvons le décrire comme un système fluide. Lorsque nous faisons cela, "la structure moléculaire du fluide coupe l'étirement infini et remplace les mystères microscopiques d'espace-temps par la physique connue." (Jacobson et Parentani 2005, 70)

Cette approche permettrait appui de la réclamation de Hawking, mais jusqu'à présent personne n'est venu avec un cadre pour la réalité physique qui représente une structure granulaire pour l'espace-temps. Une raison à cela peut être qu'un tel cadre doit être ce que les physiciens appellent une formulation de fond indépendant. Cela signifie que le cadre ne peut pas présupposer les fluctuations des champs quantiques, ou les vibrations de la théorie des cordes, d'être coincé dans l'espace-temps. Au lieu de cela, cette formulation est nécessaire pour expliquer les effets quantiques comme le résultat d'interactions dans un cadre sans espace et intemporel. Par définition, cette exigence peut être satisfaite que dans un modèle de dimensions supérieures, mais à ce jour, de dimensions supérieures modèles ont échappé à la représentation intuitive.

Un autre indice que nous avons sur le domaine microscopique, est que théorique minimale des valeurs discrètes de l'espace et le temps existent. [11] Si nous continuons à diviser une région de l'espace, ou un intervalle de temps, nous finirons par arriver à une échelle où la division supplémentaire de ces paramètres donne des résultats sans signification. Espace ne peut être divisé en unités plus petites que la longueur de Planck (L _p) parce que l'espace ci-dessous la taille se conserve pas de définition. De même, le temps ne peut pas être divisé en unités plus petites que le temps de Planck (t _p) parce que la dimension du temps ne retient pas la définition au-delà de cette échelle.

Aujourd'hui, il ya une pléthore de preuves à l'appui de l'existence physique de ces limites minimales. Les constantes de Planck sont les valeurs universellement acceptées au sein de la formulation de la mécanique quantique. Le mathématicien suédois Oskar Klein origine choisi la longueur de Planck en 1926 comme une valeur unique car c'est la seule longueur qui pourrait tout naturellement apparaître dans une théorie quantique de la gravitation. Depuis la gravité est directement relié à la forme de l'espace, cette valeur semble une condition nécessaire. Le temps de Planck est une valeur unique car elle est la seule valeur qui peut être combinée avec la longueur de Planck à céder c, la vitesse de l'espace-temps - autrement connu comme la vitesse de la lumière.

L'existence de ces valeurs Planck restreint toutes les mesures de distance et de temps pour des multiples entiers des unités de Planck. En l'espace de deux objets peuvent être à une distance de 77 longueurs de Planck à part, mais ils ne peuvent pas être 77,5 unités de longueur de Planck à part. Deux événements peuvent se produire 33 unités de temps de Planck à part, mais ils ne peuvent pas produire 33,5 unités de temps de Planck (chronons) d'intervalle.

Tous ces indices conduisent à l'idée que l'espace-temps est un fluide - qu'il a une structure granulaire. Ce point mérite une certaine rumination parce que cette condition exige techniquement l'existence littérale physique de dimensions supplémentaires. Cela signifie que la carte complète de la nature doit être dimensionnellement plus riches que nous avons supposé. Si nous trouver une façon de comprendre et d'explorer ces dimensions un nouveau royaume entier pourrait s'ouvrir à nous. Mais avant, nous pouvons même commencer à comprendre, ou à explorer, des dimensions inconnues, il est pertinent que nous comprenions exactement ce qu'est une dimension. Par conséquent, nous passons maintenant à définir et à explorer ce que les physiciens entendent par «dimensions». En définitive, il sera notre compréhension des dimensions qui détermine notre nouvelle rubrique. Apprendre à lire la légende de notre nouvelle carte (la façon de comprendre les dimensions de cette carte) va nous permettre de résoudre enfin les mystères révélés par Newton et son seau.

[Continuer à Chapitre Trois]

Du livre à paraître:

Einstein Intuition
par Thad Roberts

Représentée par
Sam Fleishman
Littéraire représentants d'artistes
New York, New York

NOTES:

[1] «s'enfermer avec quelques amis dans la cabine principale sous les ponts sur certains grands navires, et avoir avec vous ces mouches mêmes, papillons et autres petits animaux volants. Avoir un grand bol d'eau avec quelques poissons dans celle-ci; accrocher une bouteille qui se vide goutte à goutte dans un vase large en dessous. Avec le bateau immobile, observez soigneusement comment les petits animaux volent avec des vitesses égales à tous les côtés de la cabine, et, en jetant quelque chose à votre ami, vous devez le jeter sans plus fortement dans une direction que l'autre, les distances étant égales par ailleurs; sautant avec vos pieds ensemble, vous passez des espaces égaux dans tous les sens. Lorsque vous avez obtenu toutes ces choses avec soin, ont le navire procéder à n'importe quelle vitesse vous voulez, tant que le mouvement est uniforme et ne fluctue pas de cette façon et que. Vous découvrirez pas le moindre changement dans tous les effets nommés, ni pourrais vous dire d'aucune d'entre elles si le navire était en mouvement ou immobile. "Galileo Galilei, Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, 1632, traduit par Stillman Drake, p . 186; Walter Isaacson, Einstein, pp 108-9.

[2] Kip Thorne, 1979, citation d'Einstein par Walter Isaacson, p. 133.

[3] Al-Farabi, 1951, «l'article Farabi sur le vide, N. et A. Lugal Sayili (éd. et trad.), Ankara: Türk Tarih Kurumu Basimevi.

[4] Isaac Newton, Principia, Scholie sur l'espace et le temps absolus Florian Cajori, trans, Berkeley: University of California Press, 1934, reproduit dans Le Contexte scientifique de la philosophie moderne, édité par Michael R. Matthews, Hackett Publishing Company Indianapolis /. Cambridge, 1989, p. 139-146: Cohen, I. Bernard. La révolution newtonienne. Cambridge: Cambridge University Press, 1980; Manuel, Frank E. Un portrait d'Isaac Newton. Cambridge, Massachusetts, Harvard University Press, 1968; Westfall, Richard S. jamais au repos: Une biographie de Isaac Newton. Cambridge: Cambridge University Press, 1980.

[5] Leibniz dit: «Je tiens d'espace pour être quelque chose que relatif, car le temps est ... Je tiens pour un ordre de coexistences, comme le temps est un ordre des successions». HG Alexandre, «La Correspondance Leibniz-Clarke, Manchester University Press (1956), le papier 3ème, § 4; Physique relationnelles Sèche Olaf 'et de l'espace quantique, arXivig -qc/0404054v1, le 13 avril 2004.

[6] Bien sûr, un univers contenant seulement un seau d'eau ne pouvait pas posséder assez de gravité permettant de garder l'eau de s'envoler. Donc dans ce cas, puisque nous entendons pour discuter d'accélération, en général, imaginez qu'au lieu que vous avez été placé dans un grand seau. Si le seau tournaient vous vous sentez une traction vers son bord extérieur. Réclamation de Mach est que, sans autre référence permettant de définir le filage de la benne ne peut pas être en rotation. Par conséquent, dans cette vue, il est impossible dans un univers par ailleurs vide, de sentir une traction vers les parois de la benne.

[7] Ironiquement, Einstein a commencé son effort intellectuel en essayant de prouver que Mach avait raison dans son approche relationnelle.

[8] En mécanique quantique, tout a une dualité onde-particule. Tout a donc une longueur d'onde associée.

[9] La publication de cette démonstration peut être trouvée à - Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.5

[10] Même sans l'effet Casimir comme une énergie du vide explication tiendrait encore comme une réclamation valable et sécurisé par le phénomène bien établi connu comme déplacement de Lamb. L'inférence va comme ceci: puisque les prévisions pour les longueurs d'onde de la lumière absorbée et émise par les molécules (qui ne correspond d'observation si les physiciens supposent que les molécules vibrantes contenir zéro énergie du point) peut être étendue à expliquer comment «les fluctuations du vide modifier les fréquences de la lumière que l'hydrogène atomes absorbent et émettent, «énergie du point zéro doit être inhérente à fluctuations du vide. La «théorie de base qui fonctionne même pour des molécules dit que le vide contient énergie du point zéro aussi, il n'ya aucune raison de croire le contraire." (David Shiga, "quelque chose pour rien», New Scientist, Octobre 2005:. 34-37)

[11] Ces valeurs sont appelées la longueur de Planck (L _p), et le temps de Planck (t _p). Il existe également une valeur minimale pour une masse discrète appelée la masse de Planck (m _p), chargé de Planck (q _p), et Planck température (T _p).

L _P = 1.616252 (81) '10 - ³⁵ m

_P = 5,39124 t (11) «10 à 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

(Chiffres en italique sont théoriques.)

Si nous interprétons le milieu de l'espace-temps comme un composite moléculaire ou atomique, alors ces paramètres peuvent être facilement compris que les valeurs physiques qui se rapportent à «molécules» de l'individu ou «atomes» de cette moyenne. Prise en charge de cette interprétation vient du fait que les constantes de la relativité générale et mécanique quantique sont des dérivés naturels de ces constantes fondamentales.

Les constantes primaires de la relativité générale et mécanique quantique sont les suivants:

(C est la vitesse caractéristique de l'espace-temps, familièrement appelée la vitesse de la lumière, est la constante de Planck, et G est la constante de gravitation,.)

Ces constantes peuvent être dérivées à partir des constantes fondamentales des quanta d'espace dans la manière suivante:

l _P / t _P = C, L _P ³ / m _P t _P ² = G, m _P l _P ² / _P t = h

Travail à reculons, nous pouvons résoudre pour l _p, m _p et T _p en termes de relativité générale et mécanique quantique constantes (valeurs mesurées) de cette manière:

L _P = O HG / c ^3, t _P = O HG C / ^5, m _P = O hc / G

Il ya beaucoup d'autres constantes de la Nature qui apparaissent tout au long de la physique, la chimie, l'électronique etc, qui a également s'avérer être des matériaux composites naturels des paramètres de Planck. Par exemple: la constante magnétique (μ _0), la constante électrique (ε _0), la constante de Boltzmann (k), et l'impédance caractéristique du vide (Z _0). Nous allons discuter de ces relations, et plusieurs autres, plus en détail dans Chapitre 16.