Глава 2
Секція 3: Ейнштейн Абсолютна Простір
Як і модель Ньютона, Ейнштейна модель фізичної реальності викликає абсолютний тест, кінцевою системи відліку в природі він назвав абсолютною простору-часу. [7] Таким чином, відповідно до загальної теорії відносності, відро в іншому випадку порожній Всесвіту може бути прискорення або спінінг. Простір надає посилання на які ми можемо визначити це прискорення через тісний взаємозв'язок між її зображує рух у просторі і рух у часі.
Якщо об'єкт проходить через простір послідовно незмінною манері, то це не набирає темпи. Однак, якщо об'єкт змінює свій рух у просторі-часі - шляхом зміни її напрямку або швидкості - то об'єкт прискорюється. Оскільки будь-яка зміна в досвіді об'єктів часу вимагає зміни його відчуття простору, і навпаки, простір-час є еталоном для прискорення. Це постійний рух кожного об'єкта через простір, що робить простір кінцевої системі відліку - принаймні макроскопічно. Саме тому Ейнштейн назвав абсолютною тестів "абсолютний простір".
Щоб зробити це трохи ясніше, розглянемо наступне: кожен об'єкт може переміщатися в часі і просторі, але і його зведеного руху в часі і просторі завжди дорівнює швидкості світла (с). На двох кінцях спектра об'єкта може бути тільки переміщення в просторі, в якому вона не прогресує з часом на всіх, чи тільки в часі, в якому він не прогресує в просторі взагалі.
Концепція Ейнштейном абсолютного простору-часу є певне поліпшення в порівнянні з абсолютним простором Ньютона, але вона не може бути повної відповіді, оскільки він не розкриває, чому інші заходи в природі суворо реляційної. Це дає нам кінцевої системі координат (простору-часу полем нульової кривизни), але структура цього відліку не дає нам пояснення того, чому положення, швидкість і т. д. є реляційними кількостях.
Це так само далеко, як ми прийшли в нашому прагненні виявити кінцевої системі відліку природи. Ми як і раніше з повною геометричне опис простору-часу - той, який здатний одночасно надаючи нам посилання, яка визначає прискорення, і пояснює, чому реляційні заходи (положення, швидкість і т. д.) не однозначно фіксується, що системи відліку. Щоб йти далі, ми повинні розуміти набагато більше про, що ми називаємо простору-часу, ніж ми зараз робимо. Ми встановили, що простір-час щось, але що це таке? Простір є частина, час його частиною, деформації і брижі деякі його властивості, і це створює посилання на який отримує прискорення його зміст. Але що це за річ, яку ми називаємо простору-часу? Як ми повністю карту або розуміти? Чому це, що цей простір не строго визначають такі речі, як положення і швидкість?
Хоча ми й подумати, що простір-час, давайте обговоримо деякі підказки про простір і час, які були виявлені зовсім недавно. (Відповіді на питання, задані в цьому розділі, вимагають введення в нашої нової моделі простору-часу, вони можуть бути знайдені після цього введення - .. Див главу 10)
Сучасні Підказки для Остаточний системи відліку
Квантова фізика виявила, що ультрамікроскопічні область пронизана квантові коливання. Що це означає? Ну, звичайна відповідь як правило, включають розмови про полях і / або вакуумні флуктуації, обидва з яких, здається, щоб уникнути графічні пояснення відповідаючи слів, як оману. Це робиться не з будь-яким наміром ввести в оману. Справа в тому, що повне уявлення про простір-часу не вистачає, так що будь-які розмови про квантову коливання (або будь-який інший квантовий механічний випадків), як правило, технічне або математичне. Тим не менше, ці спостереження можуть служити проблиски в структурі простору-часу. Вони можуть дати нам підказки про те, як структура простору-часу повинна бути - підказки, які допоможуть нам у нашій мети побудови повної карти.
Хендріком Казимиром передбачених одним з тих доказів. Він передбачив, що два незаряджених металевих пластин (або дзеркала) будуть рухатися назустріч один одному, коли вони поміщаються в вакуум і розташовані паралельно один одному. Оскільки гравітаційні сили між цими двома пластинами занадто слабкий, щоб пояснити це рух, і нічого, крім простору, включені в систему, цей ефект дуже інтригуючим.
Щоб пояснити це рух, Казимира припустив, що квантові флуктуації самого простору аналогічні тиску, викликаного комбінованим руху багатьох молекул. Грунтуючись на цьому припущенні, він показав, що коли дві пластини розташовані дуже близько один до одного "молекулярне тиск» простору повинна злегка зменшити між пластинами, тому що відповідного відмінності в всередині "молекулярний рух" і за її межами пластин. (Мал. 2-6) Іншими словами, якщо простір справді є якась пов'язані тиск, то дві пластини будуть "штовхнув" разом, бо тільки частинки з довжиною хвилі / енергії [8] менше, ніж зазор між плитами може бути в розрив, в той час як частки будь-якої довжини хвилі / енергія може бути на зовнішній стороні пластини. В результаті те, що є більше часток натисканням пластин разом, ніж штовхає їх одне від одного. У зв'язку з цим, плити зіштовхуються один одному, як пара дрібних тарілок. Або, іншими словами, система закінчується менше простору між пластинами. Казимир стверджував, що інтерактивна геометрія простору само по собі викликати цей рух. Ми зараз ставляться до нього як ефект Казимира.
[Рис PLACEHOLDER]
Малюнок 2-6 Ефект Казимира.
Хоча Казимир зробив це пророцтво в 1948 році, обладнання досить чутливі, щоб виміряти цей ефект не був технологічно доступні до 1996 року. У цей проміжок часу, прогнозування Казимира був широко вважається просто примха математики. Тоді, в 1997 році Стів Ламор проводиться переконливою демонстрацією ефекту. [9] Сьогодні "справа з ефектом Казимира стала в терміновому порядку для нанотехнологій." (Saswato Das, 2008) ефект Казимира рішуче стверджує, що квантові коливання поля є результатом взаємодії ряду теоретичних «молекул» або «атоми», які так чи інакше складають середні місця. [10]
Чому це важливо? Коли ми дослідити мікроскопічні сфери, ми виявляємо, що простір-час втрачає свою функцію як кінцевої системи відліку. Це серйозна проблема, бо якщо у нас більше немає кінцевої системі відліку, то всі питання введений відро Ньютона стають відповіді знову. Поки ми не можемо виявити кінцевої системі координат, яка не розчиняється в мікроскопічних масштабах, ми залишимося в цій хмарі плутанини. Саме тому для нас важливо вивчити підказки про те, що мікроскопічні області може запропонувати. Якщо ми можемо використовувати їх для опису нової картини природи, те, що картина, природно, повинні розкривати кінцевої системі відліку. Ясність, яка буде надходити з такої стрункої теорії є те, що ми після цього.
Зору Ейнштейна людини трансцендентності вимагає, щоб ми приймаємо не менше, ніж теорія, яка дає абсолютно послідовний облік індивідуальних явищ. Робочі до такої теорії вимагає, щоб ми усвідомили всі унікальні явища природи, які вимагають пояснення, і ми активно досліджувати ці явища. Кожен незрозуміле поява говорить нам дещо про недоліки існуючої фрагментарної карти (або опису) фізичної реальності. Більшість з цих доказів вказують на необхідність більш суворого контролю мікроскопічної області. Ось де наші відбуваються незрозумілі таємниці, і саме тут ми знайдемо самі цінні підказки за допомогою якого можна переписати багатшими, повну карту фізичної реальності. Давайте досліджуємо деякі з тих доказів.
У 2005 році Теодор А. Якобсон і Рено Parentani показали, що «поширення звуку в нерівномірності течії рідини тісно аналогічний поширення світла у викривленому просторі-часі." Ця робота показує, що "простору-часу може, як і матеріал рідини , бути гранульованих і володіють кращою системи відліку, яка проявляється в дрібних масштабах ... "(Якобсон і 2005 Parentani, 70) Подальша підтримка цього висновок виходить з відомих аргументів Стівена Хокінга про те, що чорні діри не є по-справжньому чорним. Ще в 1970-х років Хокінг передбачив, що чорні діри випускають теплове випромінювання, але теорія відносності вимагає, щоб будь-яке випромінювання від поверхні чорної діри буде нескінченно розтягується, як він поширюється далеко - що робить його неможливо виміряти. Це нескінченне розтягування припускає, що простір нескінченно ділимо. Але якщо ми будемо розглядати простір як гранульований, то ми можемо зобразити його у вигляді рідини системи. Коли ми це зробимо ", молекулярна структура рідини в відсікає нескінченне розтягування і замінює мікроскопічних таємниці простору-часу по відомому фізику." (Якобсон і 2005 Parentani, 70)
Такий підхід дозволив би підтримати заяву Хокінга, але до цих пір ніхто не придумав основу для фізичної реальності, яка зображує гранульованої структурою простору-часу. Одна з причин цього може бути те, що така структура повинна бути, що фізики називають тлі незалежної розробки. Це означає, що структура не передбачає коливання квантових полів, вібрації або теорії струн, яка застрягла в просторі-часі. Замість цього, це формулювання вимагає пояснити квантові ефекти як результат взаємодії в безмежний і вічний рамки. За визначенням цієї вимоги можуть бути задоволені тільки в багатовимірних моделей, але на сьогоднішній день, багатовимірні моделі втік інтуїтивні зображення.
Ще один ключ у нас є близько мікроскопічні області є те, що теоретичний мінімум для дискретних значень часу і простору існує. [11] Якщо ми будемо продовжувати ділити області простору, або проміжок часу, ми в кінцевому підсумку прийдемо до шкалою, де подальший поділ цих параметрів призводить до безглуздих результатів. Простір не може бути розділений на частини, менше планковской довжини (л с), тому що нижче, ніж розмір самого простору не зберігає визначення. Крім того, час не може бути розділений на частини, менше часу Планка (т р), так як вимірювання часу не зберігає за визначення такого масштабу.
На сьогоднішній день існує безліч доказів, що підтверджують фізичного існування цих мінімальних меж. Планка константи загальноприйнятих цінностей в квантової механіки. Шведський математик Оскар Клейн спочатку вибрав довжини Планка в 1926 році як унікальне значення, тому що це тільки довжина, які могли б природно виникають в квантовій теорії гравітації. Так як сила тяжіння прямо пов'язане з формою простору, то це значення, здавалося необхідним вимогам. Час Планка являє собою унікальне значення, тому що це єдина цінність, яка може бути об'єднана з планковской довжини, щоб отримати с, швидкість простору-часу - інакше відома як швидкість світла.
Існування цих значень Планка обмежує всіх заходів, відстань і час до цілих кратних числа одиниць Планка. У просторі двох об'єктів може бути на відстані 77 довжини Планка один від одного, але вони не можуть бути 77,5 одиниці довжини Планка один від одного. Дві події можуть відбутися 33 одиниць Планка часу один від одного, але вони не можуть відбуватися 33,5 Планка одиниць часу (chronons) один від одного.
Всі ці ключі привести до того, що простір-час є рідина - що він має зернисту структуру. Цей момент заслуговує роздуми, тому що це умова технічно вимагає буквального фізичного існування додаткових вимірів. Це означає, що повна карта природи повинні бути просторово багатшими, ніж ми припускали. Якщо ми з'ясуємо, як зрозуміти і вивчити ці аспекти абсолютно нові області може відкрити для нас. Але перш ніж ми зможемо навіть почати розуміти, або досліджувати незнайомий розміри доречно, що ми розуміємо, що саме вимір. Таким чином, ми переходимо до визначення і досліджувати те, що фізики на увазі під "розміри". В кінцевому рахунку, це буде наше розуміння аспектів, які визначають нашу нову рубрику. Навчитися читати легенду про нашу нової карти (як зрозуміти розміри в тому, що карта) дасть нам можливість остаточно вирішити таємниці показав Ньютон і його ковшем.
З майбутньої книги:
Інтуїція Ейнштейна
по Тед Робертс
Представлено
Сем Fleishman
Літературний Представники художників
Нью-Йорк, Нью-Йорк
ПРИМІТКИ:
[1] "Shut себе з якимось одним у головній каюті під палубою на деяких великих корабля, і мати з собою ті ж мухи, метелики та інші дрібні літаючі тварини. Є великий мисці воду з рибою в ній; повісити пляшку, яка впадає по краплі в широкий посудину під ним. З корабель стоїть на місці, ретельно спостерігати, як маленькі тварини летіти з однаковою швидкістю у всі сторони з кабіни і, в метанні щось своєму другові, що вам треба кинути його не сильніше, в деякому напрямку, ніж інші, відстані рівні; стрибки з ноги разом, ви передаєте рівні простору в усіх напрямках. Коли ви отримали всі ці речі уважно, є корабель перейти з будь-якою швидкістю завгодно, до тих пір, як рух рівномірний, а не коливання і так і сяк. Ви відкриєте для себе не в останню чергу зміни в усіх ефектів імені, ні могли б ви розповісти будь-який з їх чи корабель рухався або стояв на місці. "Галілео Галілей, Діалог про дві системи головного світу, 1632, переклад Stillman Drake, р . 186; Уолтер Айзексон, Ейнштейн, стор 108-9.
[2], Кіп Торн, 1979, цитати Ейнштейна Вальтер Ісааксон, с. 133.
[3] аль-Фарабі, 1951, «стаття Фарабі на вакуумні," Н. і О. Лугальаннемунду Sayili (ред. і пер.), Анкара: турок Таріх Kurumu Basimevi.
[4] Ісаак Ньютон, Почала, повчання на абсолютному просторі та часі Флоріан Cajori, транс, Берклі. Каліфорнійський університет Press, 1934; передруковано в науково Передісторія сучасної філософії, під редакцією Майкла Р. Метьюз, Hackett Publishing Company Індіанаполіс / Cambridge, 1989, стор 139-146: Коен, І. Бернар. Ньютонівська революція. Cambridge: Cambridge University Press, 1980; Мануель, Френк Е. Портрет Ісаака Ньютона. Кембридж, штат Массачусетс: Harvard University Press, 1968; Westfall, Річард S.Never на відпочинку: Біографія Ісаака Ньютона. Cambridge: Cambridge University Press, 1980.
[5] Лейбніц сказав: "Я вважаю, простір має бути щось просто відносна, так як час ... Я вважаю, що це буде порядку співіснування, як раз на порядок послідовності." Герберт Александер, "Лейбніца-Кларка листування" Manchester University Press (1956), 3-й папері, § 4; реляційних фізики Олаф сушарки та квантові простору, arXivig -qc/0404054v1, 13 квітня 2004 року.
[6] Звичайно, всесвіт, що містить тільки відро води не володіють достатньою тяжкості, який, щоб вода з спливає. Таким чином, в даному випадку, оскільки ми маємо на увазі обговорити прискорення загалом, уявіть собі, замість того, що ви були поміщені всередину велике відро. Якщо відро оберталися б ви себе відчували тяжіння до її країв. Претензії Маха, що без іншу посилання з допомогою якого можна визначити обертання відра вона не може обертатися. Таким чином, з цієї точки зору, неможливо в іншому випадку порожній Всесвіту, відчути притягання до стін відра.
[7] Як не дивно, Ейнштейн почав інтелектуальної діяльності, намагаючись довести, що Мах був правий у своєму реляційний підхід.
[8] У всьому, що квантова механіка має дуалізм хвиля-частинка. Все, отже, має пов'язаний з ним хвилі.
[9] публікації на цю демонстрацію можна знайти за адресою - Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.5
[10] Навіть без ефекту Казимира, як енергія вакууму пояснення буде як і раніше тримати в якості допустимого і безпечного претензії за усталеною явище, відоме як зсув Лемба. Висновок звучить так: оскільки прогнози для довжин хвиль світла, поглиненого і випускається молекулами (який збігається тільки спостереження, якщо фізиків припустити, що молекули містять вібруючі енергії нульової точки) може бути продовжений пояснити, як "вакуумні флуктуації змінюють частоти світла, що водень атомів поглинати і випромінювати "нульової енергії повинні бути притаманні флуктуації вакууму. "Ті ж основні теорії, яка працює для молекул говорить про те, що вакуум містить нульовий енергії теж немає ніяких підстав думати інакше.» (Девід Шига, "щось з нічого", New Scientist, жовтень 2005. 34-37)
[11] Ці значення називаються планковской довжини (л с), і час Планка (т р). Там також існує мінімальне дискретне значення маси називається масою Планка (м. р.), Планк зарядом (Q р), і Планка температура (Т р).
л P = 1.616252 (81) »10 - 35 м
т р = 5,39124 (11) »10 - 44 з
м P = 2,17644 (11) '10 - 8 кг
д р = 1,875545870 (47) х 10 -18 C
Т р = 1.416785 (71) х 10 32 K
(Курсив цифри є теоретичними.)
Якщо інтерпретувати середу часу як молекулярному або атомному композитний, то ці параметри можна легко зрозуміти, як фізичні величини, які відносяться до «молекул» людини або «атоми» в цьому середовищі. Підтримка ця інтерпретація виходить з того, що постійні загальної теорії відносності і квантової механіки природних похідних від цих фундаментальних констант.
Основний констант загальної теорії відносності і квантової механіки:
(С не характерною швидкості простору-часу, в просторіччі називають швидкість світла, постійна Планка і гравітаційна постійна.)
Ці константи можуть бути отримані з фундаментальних констант простору квантів в наступному порядку:
л P / T P = C, L P 3 / м P т P 2 = G, м P л P 2 / т P = H
Робочі назад, ми можемо вирішити для л р м р і т р з точки зору загальної теорії відносності і квантової механічні константи (виміряні значення) таким чином:
л Р = О Hg / с 3 т Р = О Hg / с 5 м Р = О УВ / г
Є багато інших констант природи, які з'являються протягом усього фізики, хімії, електроніки і т.д., які також виявилися природних композитів Планка параметрів. Наприклад, магнітна постійна (μ 0), електрична постійна (ε 0), постійна Больцмана (к), і хвильовий опір вакууму (Z 0). Ми будемо обговорювати ці відносини, і ряд інших, більш докладно в главі 16.