✅ پیوستار فضا-زمان چیست؟

در سال 1906، اندکی پس از آنکه آلبرت انیشتین نظریه نسبیت خاص خود را اعلام کرد، معلم سابق کالج او در ریاضیات، هرمان مینکوفسکی، طرح جدیدی برای تفکر در مورد فضا و زمان ایجاد کرد که بر ویژگی های هندسی آن تأکید داشت. او در نقل قول معروف خود که در یک سخنرانی عمومی در مورد نسبیت ارائه شد، اعلام کرد :

" چشم‌اندازهای فضا و زمان که می‌خواهم پیش روی شما بگذارم، از خاک فیزیک تجربی سرچشمه گرفته‌اند، و قدرت شان هم در همین نهفته است. آنها رادیکال هستند. از این پس، " فضای ِ به خود برپای و زمان ِ به خود برپای " محکوم به محو شدن در سایه ها هستند.  و تنها نوعی اتحاد بین این دو، یک رئالیتی مستقل را حفظ می‌کند."

این رئالیتی جدید ، فضا و زمان بود که به عنوان سازه های فیزیکی، باید در یک موجودیت ریاضی/فیزیکی جدید به نام «فضا-زمان» ترکیب می شوند، زیرا معادلات نسبیت نشان می دهد که هر دو مختصات مکان و زمان هر رویداد باید با هم توسط ریاضیات به منظور توصیف دقیق آنچه می بینیم مخلوط شوند.  از آنجا که فضا از 3 بعد تشکیل شده است و زمان یک بعدی است، بنابراین فضا-زمان باید یک آبجکت 4 بعدی باشد. اعتقاد بر این است که این یک "پیوستار" است زیرا تا آنجا که ما می دانیم، هیچ نقطه گمشده ای در فضا یا در لحظات زمان وجود ندارد، و هر دو را می توان بدون هیچ محدودیت ظاهری در اندازه یا مدت تقسیم کرد. بنابراین، فیزیکدانان در حال حاضر به طور معمول جهان ما را در این پیوستار 4 بعدی فضا-زمان تعبیه کرده اند و همه رویدادها، مکان ها، لحظات تاریخ، کنش ها و غیره بر اساس لوکیشن آنها در فضا-زمان توصیف می شوند.

فضا زمان تکامل نمی یابد، به سادگی وجود دارد. وقتی یک آبجکت خاص را از نقطه ایستاده نمایش فضا-زمانی آن بررسی می کنیم، هر ذره در امتداد  جهانخط خود قرار می گیرد. جهانخط یک خط اسپاگتی مانند است که از گذشته تا آینده امتداد دارد و موقعیت مکانی ذره را در هر لحظه از زمان نشان می دهد. این جهانخط به عنوان یک آبجکت کامل وجود دارد که ممکن است این‌جا و آنجا برش بخورد تا بتوانید مکان قرارگیری ذره را در یک لحظه خاص ببینید. هنگامی که کاملا  جهانخط یک ذره را از روی نیروهای وارد بر آن تعیین کردید ، تاریخچه کامل آن را "حل " کرده اید. این جهانخط با زمان تغییر نمی کند، بلکه صرفاً به عنوان یک آبجکت بی زمان وجود دارد. به طور مشابه، در نسبیت عام، هنگامی که شما معادلات شِکل  فضا زمان را حل می کنید، این شکل در زمان تغییر نمی کند، بلکه به عنوان یک آبجکت کاملا بی زمان  وجود دارد. می توانید آن را اینجا و آنجا برش دهید تا بررسی کنید که هندسه فضا در یک لحظه خاص چگونه به نظر می رسد. بررسی برش‌های متوالی در زمان به شما امکان می‌دهد ببینید که مثلاً جهان در حال انبساط است یا خیر.‌‌

منبع:

https://einstein.stanford.edu/content/relativity/q411.html

@cosmos_physics