Astronomija

Ar erdvėlaikis grįžta į plokščią?

Ar erdvėlaikis grįžta į plokščią?

Parašiau eksperimentą HTML5 ir „Javascript“, norėdamas parodyti, kas vyksta erdvėlaikio kreivumui kūnui judant per regioną.

Laikui bėgant naudojug = Gm / r2lygtis erdvėlaikio tinkleliui perkelti link objekto. Kai tinklelio taškas yra kūne, aš naudojug (1 val. / R)modifikuoti lenkimą pagal pagreitį paviršiuje. Tai daro prielaidą, kad tankis yra vienodas.

Rezultatas yra tas, kad užtrunka labai didelė masė ir labai ilgai, kol atsiras bet koks pastebimas kreivumas (kaip jūs tikėjotės). Sumažindamas Žemės spindulį 3 kartus, aš labai gerai galėjau pamatyti kreivumą, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Tada man kilo tai, kad erdvės iškrypimas išliks ilgai, kai masės kūnas pajudės toliau.

Ar šis iškrypimas kosmose kada nors grįžta į „plokščią“, ar tai, kad beveik niekada nesukame orbitos per tą patį absoliutų kosmoso regioną, reiškia, kad niekada nepatiriame šio egzistuojančio iškreipimo?

Jei šviesa praeitų per šį „pabudimą“, ar ji sulenktų pagal erdvės ir laiko kreivumą, kurį sukūrė tolima tolima planeta? Arba aš suklydau savo modelyje?

Šioje demonstracijoje naudojamos tikrosios vertės, išskyrus tai, kad spindulys yra sumažintas 3 kartus, kad padidėtų gravitacijos efektas.

žemė.spindulys = 6.371e6 / 3; žemė.masė = 5.972e24; spacetimeGrid.extent = 4,5e7;

Demonstraciją galite paleisti čia: https://dl.dropboxusercontent.com/u/2236585/spacetime/index.html


Norėdami atsakyti į klausimą

Ar erdvėlaikis grįžta į plokščią?

Taip. Jūsų apskaičiuota nuotrauka neteisinga. Nėra taip, kad gravitacijos metu kietas kūnas aria erdvėlaikį ir sukuria šį slėnį taip, kaip vilkdamas boulingo kamuoliuką mėtytų sniegą. Kiekvieno taško kreivumą įtakoja masė ir jis keičiasi judant masei. Taigi, jei masė tolsta pakankamai toli nuo tam tikro erdvės laiko taško, kreivė vėl tampa plokščia.


Jūs modeliuojate masinį objektą, judantį erdvės laiku. Prisiminkite reliatyvumą. Šiuo atveju turiu omenyje tik Galilėjos reliatyvumą: judėjimo dėsniai yra vienodi bet kuriame inerciniame rėmelyje. Jei aš pasirenku rėmelį, kuris juda kartu su jūsų planeta, tai reikštų, kad planeta visai nejuda.

Tai paaiškintų, kad jūsų modelis yra neteisingas, nejudanti planeta neturėtų sukelti pabudimo erdvėlaikyje. Jūsų planeta yra nejudanti (susukta į inercinį rėmą), tačiau palieka žvalumą. Jūsų modelis neteisingas.

Žvilgsnis per kodą, atrodo, dinamiškai iškraipo jūsų tinklelį. Bet iš tikrųjų tai yra statiška situacija. Tinklelio iškraipymus galima nustatyti bet kuriai planetos padėčiai, kur planeta buvo anksčiau, skaičiuoti nereikia.

Dabar tai nėra erdvėlaikis, kurį aprašote čia, veikiau tai tik Niutono gravitacija, apsirengusi atrodyti kaip erdvėlaikis. Tokios masės rūšiai, kokią čia skirstote, nėra didelio skirtumo tarp GR ir Niutono gravitacijos. GR asimptotiniu požiūriu priartinamas prie Niutono gravitacijos. Modeliuoti realų erdvėlaikį įmanoma, tačiau jis yra labai intensyvus skaičiavimams. Tai nepadaro jūsų modeliavimo neįdomiu, tačiau pasirūpinkite tuo, kas už jį reikalaujama.


Ar erdvėlaikis grįžta į plokščią? - Astronomija

Einšteinas išplėtė savo specialiosios reliatyvumo teoriją, įtraukdamas gravitaciją ir netolygų judesį. Einšteiną suintrigavo tai, kad du masės matavimo būdai turi tą pačią vertę. Antrame Niutono judėjimo dėsnyje objekto masė matuojama matant, kiek jis priešinasi judėjimo pokyčiams (jo inercija). Niutono traukos dėsnyje objekto masė nustatoma matuojant, kiek sunkio jėgos jis jaučia. Dėl to, kad abi masės yra vienodos, Galileo nustatė, kad viskas kris tuo pačiu pagreičiu.

Dalis Einšteino genialumo buvo jo sugebėjimas pažvelgti į įprastus dalykus iš visiškai naujos perspektyvos ir logiškai sekti įžvalgų, kurias jis įgijo iš savo naujos perspektyvos, pasekmes. Jis pasiūlė eksperimentą, kuriame dalyvavo du liftai: vienas ramybės būsenos ant žemės ant Žemės ir kitas, toli kosmose, nutolęs nuo bet kurios planetos, mėnulio ar žvaigždės, įsibėgėdamas aukštyn, pagreitindamas tokį patį žemės traukos greitį (9,8 metrai / antras 2). (Šiuolaikiniai skaitytojai gali pakeisti „raketinį laivą“ Einšteino liftu.) Jei rutulys žemėje esančiame lifte numetamas į liftą, jis pagreitės link grindų 9,8 metro / sekundės pagreičiu2. Kamuolys, paleistas aukštyn greitėjančiame lifte toli kosmose, taip pat pagreitins link grindų 9,8 metrų per sekundę greičiu 2. Du eksperimentai su liftu duoda tą patį rezultatą!

Einšteinas tai panaudojo formuluodamas ekvivalentiškumo principas tai būtų bendrosios reliatyvumo pagrindas. Jame teigiama, kad „nėra jokio eksperimento, kurį asmuo galėtų atlikti mažoje erdvėje, kuris skirtų gravitacijos lauką ir lygiavertį vienodą pagreitį“. To pasekmė yra ta, kad jei liftas dėl gravitacijos laisvai krenta į žemę, viduje esantis keleivis jausis nesvarus taip, lyg liftas būtų toli nuo bet kurios planetos, mėnulio ar žvaigždės. Nė vienas eksperimentas nepadės atskirti nesvarumo toli kosmose ir laisvo kritimo gravitacijos lauke.

Dabar tarkime, kad kažkas, esantis „ramybės būsenoje“ už jūsų lifto išėjimo į kosmosą, žibintuvėlį horizontaliai šviečia per visą jūsų užimtą liftą link tolimiausios lifto sienos. Jei jūsų liftas yra ramybės būsenoje, pamatysite, kad šviesos pluoštas eina tiesia horizontalia linija. Jei jūsų liftas juda pastoviu greičiu aukštyn, palyginti su lauke esančiu asmeniu, pamatysite, kad šviesos pluoštas eina tiesia linija, nukreipta žemyn. Lauke esantis žmogus vis tiek mato spindulį, einantį horizontalia kryptimi. Jei liftas yra greitėjantis aukštyn, tada sija eis a lenktas kelias žemyn jūsų atžvilgiu. Bet jei šviesos pluoštas kreivėja greitėjančiame lifte, tada ekvivalentiškumo principas sako, kad šviesos pluoštas taip pat turėtų eiti kreiviu keliu gravitaciniame lauke.

Šviesa sklinda trumpiausiu keliu tarp dviejų erdvėlaikio taškų (a geodezinis). Jei geodezija yra išlenkta, tai šviesos kelias yra išlenktas. Einšteinas pasiūlė savo Bendrasis reliatyvumas teorija, kad tai, kas vadinama gravitacija, iš tikrųjų yra kreivojo erdvėlaikio rezultatas.

Žemė aplink Saulę nesisuka, nes Saulė ją traukia. Žemė tiesiog eina trumpiausiu keliu keturių dimensijų erdvėlaikiu.

Jei kada nors skridote ilgą skrydį, tikriausiai jau žinote, kad trumpiausias atstumas tarp dviejų miestų nėra tiesi linija. Tiesioginiai skrydžiai iš JAV į Europą skraido virš Grenlandijos dalių. Plokščiame žemėlapyje lėktuvo skrydžio trajektorija atrodo išlenkta, tačiau pasaulyje tas kelias yra pats trumpiausias! Šviesa keliauja palei a geodezinis kelias tarp dviejų erdvėlaikio taškų. Toli nuo bet kokio gravitacijos šaltinio, trumpiausias atstumas yra tiesi linija trimatėje erdvėje. Netoli masyvaus objekto trumpiausias atstumas yra išlenktas trimatėje erdvėje. Stephenas Hawkingas pateikia gražią analogiją, kad tai, ką mes matome, yra lygus šešėlio judėjimas ant žemės iš lėktuvo, skrendančio tiesia linija virš kalvoto reljefo.

Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija yra Niutono traukos dėsnio tęsinys arba pratęsimas. Einšteino teorija nėra tobula (nė viena mokslinė teorija nėra visiškai tobula), tačiau ji leidžia geriau suprasti visatą. Esant silpnai gravitacijos sąlygoms, jie duos iš esmės tuos pačius rezultatus ar prognozes. Niutono traukos dėsnyje daroma prielaida, kad erdvėlaikio geometrija yra plokščia, o Einšteino bendrasis reliatyvumas leidžia bet kokią geometriją pritaikyti erdvėlaikiui. Esant silpnai gravitacijos sąlygoms, erdvėlaikio kreivumas yra toks mažas, kad Niutono traukos dėsnis veikia puikiai. Kadangi Niutono judėjimo ir gravitacijos dėsnių matematika yra paprastesnė nei Einšteino reliatyvumo teorijų atveju, mokslininkai nori naudoti Niutono gravitacijos dėsnį, kad suprastų lėtai judančių objektų sąveiką bet kuriame silpname gravitacijos lauke. Kaip minėta skyriaus pradžioje, mokslininkai naudojasi Niutono judėjimo ir traukos dėsniais, kad labai tiksliai nukreiptų erdvėlaivius mūsų Saulės sistemoje. Labai stiprių gravitacijos laukų atveju Newtono sunkumo apibūdinimas tampa nepakankamas. Gravitaciniam poveikiui apibūdinti turi būti naudojama Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija.


Ar masė yra erdvėlaikio šaltinis?

Tiksliau, norint išvesti Niutono gravitaciją kaip aproksimaciją izoliuotoms sistemoms naudojamas asimptotiškai plokščias Schwarzschildo erdvėlaikio modelis.

Iš kur mes žinome, kad galaktikos yra asimptotiškai plokščios? Skamba kaip apskritimas: mes manome, kad jie yra asimptotiškai plokšti, todėl manome, kad jie elgsis tam tikru būdu.
Ar yra užuomina / įrodymai, kad galaktikos yra asimptotiškai plokščios? Kadangi esant silpnai lauko ribai, greičiai yra pastovūs (nepriklausomi nuo r) daugumoje galaktikų - ar tai gali atsirasti iš jų ne asimptotiškai plokščia?

Ar asimptotiškai plokščia yra tas pats, kas laisvo kritimo sąlyga?

Mes to nedarome. Nė viena tikroji sistema nėra tiksliai asimptotiškai plokščia, nes visatoje visuomet yra daugiau daiktų už sistemos ribų. Tikrai asimptotiškai plokščia sistema visatoje būtų viena ir nieko už jos ribų.

Mes naudojame modeliai kurie yra asimptotiniu požiūriu lygūs, kaip pagrįstas aproksimavimas. Tai viskas, kas yra pagrįsti apytiksliai. Niekas neteigia, kad tikros sistemos, tokios kaip galaktikos, iš tikrųjų yra asimptotiškai plokščios, kaip nurodyta aukščiau, mes žinome, kad tai netiesa.

Ne. Bet kuriame erdvėlaikyje yra laisvo kritimo geodezinių pasaulinių linijų, nesvarbu, ar ji besimptotiškai plokščia, ar ne.

Pastaba: pažymėjote šią temą kaip & quotA & quot lygio, nurodydami aukštojo mokslo lygio dalyko žinias. Klausimai, kuriuos užduodate, nerodo, kad iš tikrųjų turite tokio lygio žinias. Kiek turite pagrindo GR?

& quot; Nepamirškite, kad tai nėra atvejis, kai teigiama, kad asimptotiškai plokščias modelis yra mažiau tikslus nei modelis, kuris nėra asimptotiškai plokščias. Tai yra dviejų asimptotiškai plokščių modelių atvejis, vienas teigė, kad yra tikslesnis už kitą. Taigi pats asimptotinis lygumas nėra problema. & Quot

Ar galėtumėte tai paaiškinti, prašau? Jei abu modeliai yra asimptotiškai plokšti, kuris iš jų teigė, kad yra tikslesnis už kitą? Saulės sistema yra tikslesnė?

Tikimasi, kad izoliuota galaktika, esanti kitaip tuščiame erdvėlaikyje, sukurs asimptotiškai plokščią erdvėlaikį: žiūrint iš toli, jis nesiskiria nuo taškinės masės, todėl jo erdvėlaikis turi atrodyti kaip Schwarzschildas ar Kerras dideliais atstumais. Jei norite patikrinti, galėtumėte aiškiai (skaitmeniškai) išspręsti lauko lygtis.

Mes gyvename FLRW visatoje, kuri nėra asimptotiškai plokščia.

Vienas konkretus tyrinėtojas teigia, kad gravitomagnetinius efektus apimantis modelis teisingai numato galaktikos sukimosi kreives nereikalaudamas tamsiosios medžiagos, kur paprastas Niutono modelis to nedaro. Tai neturi nieko bendro su mūsų Saulės sistema ir nieko bendra su asimptotiniu lygumu - abu siūlomi modeliai yra galaktikos mastu ir asimptotiškai plokšti.

Aš tik atkreipiau dėmesį į tai, kad jūs ne vienintelis žmogus, kuriam kyla klausimas, ar visas galaktikos GR modelis paaiškins tamsiąją medžiagą. Kaip sakiau, nemanau, kad šiuo metu labai daug žmonių yra įsitikinę.

Kokia yra priežastis, dėl kurios streso ir energijos įtempėjas kreivina erdvės laiką?

Ricci tenzorius atstovauja a apimties padidėjimas ir yra kairėje lauko lygčių pusėje, dešinėje pusėje yra įtempimo ir energijos įtempiklis kaip šaltinis. Taigi, stresas-energijos įtempėjas sukelia a apimties padidėjimas. Visi visatos objektai yra juda gravitaciniame lauke. Tai pasakę, kaip galime manyti, kad egzistuoja kažkas panašaus į plokščią erdvėlaikį? (Priežastis, nėra dėl besiplečiančios visatos, tačiau, neatsižvelgdami į tai, mes manome, kad be materijos būtų plokščia erdvė, ar ne?)

Atmetus šiuos besiplečiančius visatos dalykus, ar asimptotiškai plokščias erdvės laikas yra foninis laukas (foninis erdvėlaikis) viskam, kas yra standartiniame modelyje?

Mano kilmė GR yra (turiu pripažinti) nėra tokia gili, tik kai kurios paskaitos „YouTube“ ir vadovėlis. Taigi, kai pats to mokausi, gali būti didžiulės mano žinių spragos.

Einšteino lauko lygtis.

Ricci tensoriaus nėra lauko lygčių, kurios yra Einšteino tensorius, LHS. Einšteino tensorius nėra tiksliai & quot; tūrio padidėjimas & quot; bet netgi paliekant tai nuošalyje, tai, ką reiškia EFE LHS, yra ne tik & quot; tūrio padidėjimas & quot; bet & quot; tūrio padidėjimas arba nuostolis & quot; Normalioms medžiagoms, turinčioms & quotattractive gravity & quot, EFE numato tūrį nuostoliai, o ne pelnas. (Tiksliau, mažas bandomųjų dalelių kamuoliuko tūris sumažės.)

Šis Baezo ir Bunno dokumentas suteikia gerą pagrindinį gydymą:

Mes manome vietinis lygumas kaip derinimas tai yra naudinga tam tikrais tikslais. Niekas neteigia, kad erdvėlaikis mūsų tikrojoje visatoje iš tikrųjų yra plokščias bet kur, žinoma, nėra, nes visatoje yra materijos.

Ne. Yra vakuuminiai EFE tirpalai, kurie nėra plokšti.

Yra dar vienas heuristinis argumentas, kurio dar nepaminėjame, kuris pateisina asimptotinio plokščio modelio naudojimą izoliuotai sistemai, pavyzdžiui, Saulės sistemai ar galaktikai. Jis pagrįstas apvalkalo teorema, sakančia, kad jei turime erdvėlaikio sritį, apjuostą sferiškai simetrišku įtempio-energijos pasiskirstymu, sferiškai simetriškas pasiskirstymas už regiono ribų neturi įtakos erdvėlaikio geometrijai viduje. Regiono viduje esančios visiškai tuščios vietos atveju tai reiškia, kad erdvės laikas tuščiame regione yra plokščias. Jei tai izoliuota sistema regiono viduje, tai reiškia, kad erdvės laikas regione gali būti gerai apytiksliai įvertintas kaip asimptotiškai plokščias.

Žinoma, aukščiau minėta prielaida nėra visiškai teisinga mūsų visatoje, nei mūsų Saulės sistema nėra apsupta tiksliai sferiškai simetrišku materijos pasiskirstymu, nei galaktika. Tačiau tai yra pakankamai gera apytikslė vertė, kad asimptotiškai plokšti izoliuotų sistemų modeliai būtų naudingi.


Turinys

Remiantis Einšteino lauko reliatyvumo lygtimis, erdvėlaikio struktūrai įtakos turi materijos ir energijos buvimas. Mažose svarstyklėse erdvė atrodo lygi - kaip ir Žemės paviršius, jei žiūrima į mažą plotą. Tačiau dideliais masteliais erdvę lenkia materijos gravitacinis poveikis. Kadangi reliatyvumas rodo, kad materija ir energija yra lygiavertės, šį poveikį taip pat sukelia be materijos buvimas energijos (tokios kaip šviesos ir kitos elektromagnetinės spinduliuotės). Visatos lenkimo (arba kreivumo) kiekis priklauso nuo esamos medžiagos / energijos tankio.

Šį ryšį galima išreikšti pirmąja Friedmanno lygtimi. Visatoje, kurioje nėra kosmologinės konstantos, tai yra:

Dešinėje paskutinės išraiškos pusėje yra tik konstantos, todėl kairioji pusė turi išlikti pastovi visatos evoliucijos metu.

Matavimo redagavimas

Ω reikšmė šiuo metu žymima Ω0. Šią vertę galima išskaičiuoti matuojant erdvėlaikio kreivumą (nes Ω = 1, arba ρ = ρ c < displaystyle rho = rho _>, apibrėžiamas kaip tankis, kurio kreivė k = 0). Kreivumą galima spręsti iš daugybės stebėjimų.

Vienas iš tokių pastebėjimų yra kosminio mikrobangų fono (CMB) spinduliuotės anizotropijos (tai yra variacijos su kryptimi - žr. Toliau). CMB yra elektromagnetinė spinduliuotė, užpildanti visatą, likusi nuo ankstyvos jos istorijos stadijos, kai ji buvo užpildyta fotonais ir karšta, tankia plazma. Ši plazma atvėso, kai visata išsiplėtė, o kai ji pakankamai atvėso, kad susidarytų stabilūs atomai, ji nebesugebėjo fotonų. Tame etape esantys fotonai nuo to laiko plinta, skleisdamiesi vis besiplečiančioje visatoje, tampa silpnesni ir ne tokie energingi.

Šios spinduliuotės temperatūra yra beveik vienoda visuose dangaus taškuose, tačiau temperatūra, gaunama iš skirtingų krypčių, šiek tiek kinta (maždaug viena dalis iš 100 000). Šių svyravimų kampinis skalė - tipinis kampas tarp karšto ir šalto dangaus lopo [nb 1] - priklauso nuo Visatos kreivumo, kuris savo ruožtu priklauso nuo jos tankio, kaip aprašyta aukščiau. Taigi šios kampinės skalės matavimai leidžia įvertinti Ω0. [6] [2 dalis]

Kitas Ω zondas0 yra Ia tipo supernovų dažnis esant skirtingiems atstumams nuo Žemės. [7] [8] Šios supernovos, degeneruotų baltųjų nykštukų žvaigždžių sprogimai, yra standartinės žvakės rūšis, o tai reiškia, kad procesai, reguliuojantys jų vidinį ryškumą, yra gerai suprantami, kad akivaizdus ryškumas, matomas iš Žemės, gali būti naudojamas tiksliai apskaičiuoti jiems atstumo matus (tariamasis ryškumas mažėja proporcingai atstumo kvadratui - žr. šviesumo atstumą). Palyginus šį atstumą su supernovų raudonu poslinkiu, matuojamas greitis, kuriuo visata plėtėsi įvairiais istorijos momentais. Kadangi plėtimosi greitis laikui bėgant skirtingai vystosi kosmologijose, kurių bendras tankis yra skirtingas, Ω0 galima spręsti iš supernovų duomenų.

Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondo (matuojant CMB anizotropijas) duomenys kartu su Sloano skaitmeninio dangaus tyrimo duomenimis ir Ia tipo supernovų stebėjimai varžo Ω0 būti 1 per 1%. [9] Kitaip tariant, terminas | Ω - 1 | šiuo metu yra mažesnis nei 0,01, todėl Plancko laikais jis turėjo būti mažesnis nei 10−62.

Implication Edit

Ši mažytė vertė yra lygumo problemos esmė. Jei pradinis visatos tankis galėtų gauti kokią nors vertę, atrodytų nepaprastai nuostabu, kad jis būtų „gerai sureguliuotas“ iki kritinės vertės ρ c < displaystyle rho _>. Iš tiesų, labai mažas Ω nukrypimas nuo 1 ankstyvojoje visatoje būtų buvęs padidintas milijardus metų išsiplėtus, kad būtų sukurtas srovės tankis, toli gražu ne kritinis. Esant pernelyg dideliam sunkumui (ρ & gt ρ c < displaystyle rho & gt rho _>) tai sukeltų tokią tankią visatą, kuri per kelerius metus ar mažiau nustotų plėstis ir žlugtų į Didžiąją krizę (priešingą Didžiajam sprogimui, kuriame visa materija ir energija vėl patenka į ypač tankią būseną). nepakankamumas (ρ & lt ρ c < displaystyle rho & lt rho _>) ji išsiplės taip greitai ir pasidarys tokia reta, kad greitai atrodys tuščia, o gravitacija nebus pakankamai stipri, kad sukeltų materijos žlugimą ir formuotų galaktikas. Bet kuriuo atveju visatoje nebūtų sudėtingų struktūrų, tokių kaip galaktikos, žvaigždės, planetos ir bet kokia gyvybės forma. [10]

Šią „Didžiojo sprogimo“ modelio problemą pirmą kartą atkreipė dėmesį Robertas Dicke 1969 m. [11], ir tai motyvavo ieškoti kažkokių priežasčių tankis turėtų turėti tokią specifinę vertę.

Kai kurie kosmologai sutiko su Dicke, kad lygumo problema yra rimta, reikalinga pagrindinė priežastis, dėl kurios tankis yra artimas kritiškumui. Tačiau buvo ir minties mokykla, paneigusi, kad reikia išspręsti problemą, o teigdami, kad kadangi visata turi turėti tam tikrą tankį, ji taip pat gali būti artima ρ c r i t < displaystyle rho _> kiek toli nuo to, o spekuliacija dėl kokios nors konkrečios vertės priežasties buvo „už mokslo srities ribų“. [11] Vis dėlto pakankamai kosmologai problemą vertino kaip realią, tačiau norint pasiūlyti įvairius sprendimus.

Antropinis principas Redaguoti

Vienas iš problemos sprendimo būdų yra remtis antropiniu principu, kuris teigia, kad spekuliuodami apie visatos savybių priežastis žmonės turėtų atsižvelgti į jiems egzistuoti būtinas sąlygas. Jei dviejų tipų visatos atrodo vienodai tikėtinos, bet tik viena yra tinkama protingo gyvenimo raidai, antropinis principas rodo, kad atsidūrimas toje visatoje nėra staigmena: jei vietoj to egzistuotų kita visata, nebūtų stebėtojų, kurie pastebėtų faktas.

Principą galima pritaikyti lygumo problemai išspręsti dviem šiek tiek skirtingais būdais. Pirmąjį („stipraus antropinio principo“ taikymą) pasiūlė CB Collinsas ir Stephenas Hawkingas [12], kurie 1973 m. Manė, kad egzistuoja begalinis visatų skaičius, kad visus įmanomus pradinių savybių derinius turi kažkokia visata. . Tokioje situacijoje jie teigė, kad tik tos visatos, kurių tankis galaktikoms ir žvaigždėms formuoti yra teisingas, sukeltų protingus stebėtojus, tokius kaip žmonės: todėl tai, kad mes pastebime, kad Ω yra taip arti 1, būtų "tiesiog mūsų pačių egzistencijos atspindys “. [12]

Alternatyvus požiūris, kuris naudoja „silpną antropinį principą“, yra manyti, kad visata yra begalinio dydžio, tačiau tankis įvairiose vietose skiriasi (t. Y. Nehomogeninė visata). Taigi kai kurie regionai bus per tankūs (Ω & gt 1) ir kai kurie nepakankamai tankūs (Ω & lt 1). Šie regionai gali būti labai toli vienas nuo kito - galbūt taip toli, kad šviesa visatos amžiuje nespėjo keliauti iš vieno į kitą (tai yra, jie yra už vienas kito kosmologinio horizonto). Todėl kiekvienas regionas iš esmės elgtųsi kaip atskira visata: jei atsitiktų gyventi dideliame beveik kritinio tankio lopinėlyje, neturėtume jokio būdo žinoti apie toli esančius per mažus ar per tankius pleistrus, nes nėra šviesos ar kitas jų signalas mus pasiekė. Tada galima kreiptis į antropinį principą, teigiant, kad protingas gyvenimas atsirastų tik tuose lopuose, kurių Ω yra labai arti 1, ir todėl mūsų gyvenimas tokiame lopinyje nėra netikėtas. [13]

Šis pastarasis argumentas naudoja antropinio principo versiją, kuri yra „silpnesnė“ ta prasme, kad nereikia spekuliuoti keliomis visatomis ar įvairių skirtingų visatų, o ne dabartinių, tikimybėmis. Tam reikia tik vienos visatos, kuri yra begalinė - arba tik pakankamai didelė, kad galėtų susidaryti daugybė atjungtų pleistrų - ir kad tankis skirtinguose regionuose skiriasi (o tai, be abejo, yra mažesnėmis skalėmis, todėl galaktikos sankaupos ir tuštumos).

Tačiau antropinį principą kritikavo daugelis mokslininkų. [14] Pavyzdžiui, 1979 m. Bernardas Carras ir Martinas Reesas teigė, kad principas „yra visiškai post hoc: jis dar nebuvo naudojamas numatyti kokią nors Visatos savybę“. [14] [15] Kiti prieštaravo jo filosofiniam pagrindui, Ernanas McMullinas 1994 m. Rašė, kad "silpnas antropinis principas yra nereikšmingas. O stipraus antropinio principo negalima apginti". Kadangi daugelis fizikų ir mokslo filosofų nemano, kad principas yra suderinamas su moksliniu metodu, [14] reikėjo dar vieno plokščiosios problemos paaiškinimo.

Infliacijos redagavimas

Standartinis lygumo problemos sprendimas sukelia kosminę infliaciją - procesą, kurio metu Visata greitai išsiplečia (ty < displaystyle a> auga, kai e λ t < displaystyle e ^ < lambda t >> su laiku t < displaystyle t >, tam tikram pastoviam λ < displaystyle lambda>) per trumpą ankstyvosios istorijos laikotarpį. Infliacijos teoriją pirmą kartą pasiūlė 1979 m., O 1981 m. Paskelbė Alanas Guthas. [16] [17] Dvi pagrindinės jo motyvacijos tai padaryti buvo plokščio ir horizonto problemos - dar viena fizinio kosmologijos tikslinimo problema.

Siūloma infliacijos priežastis yra laukas, persmelkiantis erdvę ir skatinantis plėtrą. Lauke yra tam tikras energijos tankis, tačiau skirtingai nei vėlyvojoje visatoje esančios materijos ar radiacijos tankis, kuris laikui bėgant mažėja, plečiantis erdvei, infliacinio lauko tankis išlieka maždaug pastovus. Todėl terminas ρ a 2 < displaystyle rho a ^ <2>> labai sparčiai didėja, kai skalės koeficientas a < displaystyle a> auga eksponentiškai. Prisimindamas Friedmanno lygtį

ir tai, kad dešinioji šios išraiškos pusė yra pastovi, terminas | Ω - 1 - 1 | Todėl < displaystyle | Omega ^ <-1> -1 |> laikui bėgant turi mažėti.

Ši sėkmė sprendžiant lygumo problemą laikoma viena pagrindinių infliacijos teorijos motyvų. [4] [18]

Po infliacijos redaguoti

Nors laikoma, kad infliacijos teorija turėjo daug pasisekimo, ir jos įrodymai yra įtikinantys, ji nėra visuotinai pripažinta: kosmologai pripažįsta, kad teorijoje vis dar yra spragų, ir yra atviri galimybei, kad būsimi stebėjimai ją paneigs. [19] [20] Visų pirma, nesant tvirtų įrodymų, kokia turėtų būti infliaciją lemianti sritis, buvo pasiūlyta daugybė skirtingų teorijos versijų. [21] Daugelyje jų yra parametrų arba pradinių sąlygų, kurias reikia patikslinti [21] taip, kaip ankstyvasis tankis daro be infliacijos.

Dėl šių priežasčių vis dar dirbama ieškant alternatyvių lygumo problemos sprendimų. Tai apėmė nestandartines tamsiosios energijos [22] ir gravitacijos, [23] dalelių gamybos svyruojančioje visatoje [24] poveikio interpretacijas ir Bajeso statistinio požiūrio naudojimą teigiant, kad problemos nėra. Pastarasis argumentas, kurį pasiūlė, pavyzdžiui, Evrardas ir Colesas, teigia, kad mintis, jog Ω arti 1 yra „mažai tikėtina“, grindžiama prielaidomis apie galimą parametro pasiskirstymą, kurios nebūtinai yra pagrįstos. [25] Nepaisant šio vykdomo darbo, infliacija išlieka dominuojantis plokščiosios problemos paaiškinimas. [1] [4] Tačiau kyla klausimas, ar jis vis dar yra vyraujantis paaiškinimas dėl to, kad jis yra geriausias paaiškinimas, ar dėl to, kad bendruomenė nežino apie šios problemos progresą. [26] Be idėjos, kad Ω šiame kontekste nėra tinkamas parametras, buvo pateikti kiti argumentai prieš lygumo problemą: jei visata žlugs ateityje, tada lygumo problema "egzistuoja", bet tik santykinai trumpą laiką, todėl tipinis stebėtojas nesitiki, kad visata, kuri amžinai plečiasi su teigiama kosmologine konstanta, matuos žymiai kitokį Ω nei 1 [27], norint tiksliai (beveik) pasiekti tikslumo reikia plokščią visatą, bet ir to išvengti. [28]

Einšteino – Kartano teorija Redaguoti

Plokštumo problemą natūraliai išsprendžia Einšteino – Cartano – Sciama – Kibble’o gravitacijos teorija, be egzotiškos materijos formos, reikalingos infliacijos teorijoje. [29] [30] Ši teorija išplečia bendrą reliatyvumą pašalindama afininio ryšio simetrijos apribojimą ir laikydamasi jo antisimetrinės dalies - sukimo tenzoriaus - kaip dinaminio kintamojo. Jis neturi laisvų parametrų. Įtraukus sukimą, gaunamas teisingas viso (orbitos ir vidinio) kampinio materijos impulso, esant gravitacijai, išsaugojimo dėsnis. Mažiausias sukimasis tarp sukimo ir Dirac suktukų, paklūstančių netiesinei Dirac lygčiai, sukuria sukimosi ir sukimosi sąveiką, kuri yra reikšminga fermioninėje medžiagoje esant labai dideliam tankiui. Tokia sąveika išvengia nefizikinio didžiojo sprogimo singuliarumo, pakeisdama jį atšokimu ties ribiniu minimaliu skalės koeficientu, prieš kurį Visata susitraukė. Spartus išsiplėtimas iškart po didžiojo atšokimo paaiškina, kodėl dabartinė Visata yra didžiausia, atrodo erdviškai plokščia, vienalytė ir izotropinė. Mažėjant Visatos tankiui, sukimo poveikis silpnėja ir Visata sklandžiai patenka į radiacijos dominuojamą erą.


Robertsono-Walkerio metrika

Mums reikia metrikos, kuri tai atspindėtų - ji turi būti nekintanti vertimuose (vienalytis) ir rotacijose (izotropinė). Egzistuoja tik trys galimybės, ir jos visos pateikiamos bendriausia erdvėlaikio metrikos forma (gauta 1934 m.): Robertsono-Walkerio metrika .

  • R (t): visatos mastelio koeficientas.R (šiandien) = 1
  • k: erdvėlaikio kreivumas
    • +1: teigiamas kreivumas
    • 0: lygi erdvė
    • -1: neigiamas kreivumas
    Sujungiamos koordinatės yra koordinatės, judančios kartu su visatos plėtimusi .

    Įsivaizduokite tolimą galaktiką. Jis yra koordinatėje (r, teta, phi). Kol jokia jėga neveikia, ji visada bus toje koordinatėje.

    Tikrasis jos atstumas keičiasi ir gaunamas R (t), padauginus iš atstumo (= Rr plokščioje visatoje). Bet tikro atstumo pokytį visiškai apibūdina išsiplėtimo faktoriaus R (t) pokytis.

    Kas gali paskatinti galaktiką pakeisti savo koordinatę?


    Ką reiškia, Visata yra plokščia? (I dalis)

    Visata yra keturių matmenų - trys kosmosui, vienas laikui.

    Visata turi devynis, dešimt ar vienuolika matmenų.

    Visatos plotis yra 84 milijardai šviesmečių.

    Visata yra burbulas arba svogūnas.

    Arba veidrodžių salė, formos futbolo kamuolys.

    Arba Dantės dieviškosios komedijos figūra.

    Tokie pareiškimai gana dažnai pasirodo mokslo populiarinimo žurnaluose, įskaitant Mokslinis amerikietis- ir atrodo, kad jie visiškai prieštarauja vienas kitam. Bet visi jie yra teisingi arba bent jau tikėtini. Kas duoda?

    Subtilumas yra tas, kad žodis „visata“ skirtingose ​​situacijose turi skirtingas reikšmes. Šnekamojoje anglų kalboje šis žodis dažnai reiškia „viską, kas egzistuoja“. Taigi ši intuityvi visatos samprata atrodo gera vieta pradėti. Jei laikysimės šios minties krypties, pirmiausia pastebime tai, kad veiksmažodžio „egzistuoti“ esamasis laikas numanomai daro prielaidą, kad kalbame apie „viską, kas egzistuoja dabar.”

    Atmetus klausimą, ar „dabar“ gali turėti visuotinę prasmę - ir dar subtilesnį ontologinį klausimą, ką reiškia egzistuoti, yra prasminga galvoti apie erdvės visumą ir visą jos turinį šiuo metu ir įsivaizduoti šią visumą kaip gretimą subjektą.

    Erdvė ar erdvėlaikis?

    Jei eisime šiuo keliu, pirmiausia galime pastebėti, kad erdvė mums atrodo trimatė. Taigi galėtume daryti prielaidą, kad viską galime rasti visatoje naudodami tris Dekarto koordinates: šiuo sustingusiu laiko momentu, kurį vadiname dabartimi, kiekvienas objektas užima tam tikrą x, y ir z mūsų trimačiame kontinuume.

    Taigi čia yra viena natūrali visatos samprata: visa trimatė erdvė šiuo metu. Vadink tai dabar.

    Bet kaip su visais kitais matmenimis?

    Išgalvotos teorinės konstrukcijos, tokios kaip stygų teorija, postuluoja, kad iš tikrųjų erdvėje yra daugiau nei galime pamatyti, tačiau kol kas tos teorijos neturi eksperimentinių įrodymų, patvirtinančių jas. Taigi, kol kas galime sutelkti dėmesį tik į mums gerai žinomus tris aspektus.

    Kita vertus, laikas iš tikrųjų yra papildoma dimensija ir kartu su erdve sudaro didesnę, keturių dimensijų esybę, vadinamą erdvėlaikiu. Natūralu galvoti apie dabar vertikalę kaip apie 3-D pjūvį šioje 4-D erdvėje, lygiai taip pat, kaip horizontalios plokštumos yra 2-D griežinėliai mūsų 3-D pasaulyje. Kadangi daugumai žmonių (taip pat ir jūsų tikrai) sunku vizualizuoti 4-D objektus, įprastas erdvėlaikio mąstymo būdas yra apsimesti, kad erdvė turėjo tik dvi dimensijas. Erdvės laikas iš viso turėtų daugiau valdomų trijų. In this way of looking at things, the nowverse is one of many parallel planes, each of which represent the universe at a particular time of its history.

    Thus, the seeming inconsistency of

    The universe is three-dimensional.

    The universe is four-dimensional—three for space, one for time.

    The universe has nine, or ten or eleven dimensions.

    is just a matter of clarifying language. For all we know, space is 3-D, and spacetime is 4-D but if string theory is true, then space turns out to be 9-D, and spacetime 10-D.

    Incidentally, when cosmologists talk about the expansion of the universe, they mean that space has been expanding, not spacetime.

    Flat or Curved?

    In the last decade—you may have read this news countless times—cosmologists have found what they say is rather convincing evidence that the universe (meaning 3-D space) is flat, or at least very close to being flat.

    The exact meaning of flat, versus curved, space deserves a post of its own, and that is what Part II of this series will be about [update July 31: read What Do You Mean, The Universe is Flat? Part II: In Which We Actually Answer the Question]. For the time being, it is convenient to just visualize a plane as our archetype of flat object, and the surface of the Earth as our archetype of a curved one. Both are two-dimensional, but as I will describe in the next installment, flatness and curviness make sense in any number of dimensions.

    What I do want to talk about here is what it is that is supposed to be flat.

    When cosmologists say that the universe is flat they are referring to space—the nowverse and its parallel siblings of time past. Spacetime is not flat. It can’t be: Einstein’s general theory of relativity says that matter and energy curve spacetime, and there are enough matter and energy lying around to provide for curvature. Besides, if spacetime were flat I wouldn’t be sitting here because there would be no gravity to keep me on the chair. To put it succintly: space can be flat even if spacetime isn't.

    Moreover, when they talk about the flatness of space cosmologists are referring to the large-scale appearance of the universe. When you “zoom in” and look at something of less-than-cosmic scale, such as the solar system, space—not just spacetime—is tikrai not flat. Remarkable fresh evidence for this fact was obtained recently by the longest-running experiment in NASA history, Gravity Probe B, which took a direct measurement of the curvature of space around Earth. (And the most extreme case of non-flatness of space is thought to occur inside the event horizon of a black hole, but that’s another story.)

    On a cosmic scale, the curvature created in space by the countless stars, black holes, dust clouds, galaxies, and so on constitutes just a bunch of little bumps on a space that is, overall, boringly flat.

    Thus the seeming contradiction:

    is easily explained, too: spacetime is curved, and so is space but on a large scale, space is overall flat.

    Finite or Infinite?

    If everything in the nowverse has an x, a y and a z, it would be natural to assume that we can push these coordinates to take any value, no matter how large. A spaceship flying off “along the x axis” could then go on forever. After all, what could stop her? Space would need to have some kind of boundary most cosmologists don’t think it does.

    The fact that you can go on forever however does not mean that space is infinite. Think of the two-dimensional sphere on which we live, the surface of the Earth. If you board an airplane and fly over the equator, you can just keep flying—you’ll never run into the “end of the Earth.” But after a while (assuming you have enough fuel) you would come back to the same place. Something similar could, in principle, happen in our universe: a spaceship that flew off in one direction could, after a long time, reappear from the opposite direction.

    Or perhaps it wouldn’t. Cosmologists seem to believe that the universe goes on forever without coming back—and in particular, that space has infinite extension. But when pressed, most cosmologists would also admit that, in fact, they have no clue whether it's finite or infinite.

    In principle, the universe could be finite and without a boundary—just like the surface of the Earth, but in three dimensions. In fact, when Einstein formulated his cosmological vision, based on his theory of gravitation, he postulated that the universe was finite. Einstein’s Weltanschauung was rooted in his deep, almost mystical sense of aesthetics the most symmetric, aesthetically perfect three-dimensional shape is that of a three-dimensional sphere. (Some have suggested that the way Dante describes the universe in his Divine Comedy has something to do with a 3-D sphere, too: I guess that will have to wait for a future post, too.)

    In more recent times, some cosmologists have taken this possibility quite seriously, and have tried to check whether space might be a 3-D sphere, or perhaps a more complicated 3-D space that is essentially a sphere wrapped around itself [see “Is Space Finite?” by Glenn D. Starkman, Jean-Pierre Luminet and Jeffrey R. Weeks Scientific American, April 1999]. In a universe that has one of these shapes, one could observe trippy hall-0f-mirror type of effects.

    The reason why we don’t know if space is finite or infinite is that we seem to have no way of observing beyond a limited horizon. The universe is 13.7 billion years old, and because nothing can travel faster than the speed of light, we don’t have any information about events that happen beyond a certain distance. (For reasons that would be too complicated to go into here, that maximum distance is actually not 13.7 billion light years.)

    The observed universe

    So one thing we know is what we cannot know: the universe we can observe has finite extension. Cosmologists often refer to it as the observable universe.

    How large is the observable universe? That is a surprisingly difficult question, which will be the subject of yet another future post.

    For now, let’s just notice that the most distant galaxies whose light we have detected emitted that light about 13.2 billion years ago. Because the universe (meaning space) has been expanding ever since, those galaxies are now at a much greater distance—some 26 billion light-years away.

    Even farther away than the farthest galaxies, the most distant object we have been able to observe, the plasma that existed before the age of recombination [see Under a Blood Red Sky], existed about 13.7 billion years ago, a puny 400 millennia after the big bang. Light coming from it has taken 13.7 billion light years to reach us. The matter we “see” in that plasma has also moved farther away: that matter is now an estimated 42 billion light years away. So that’s what cosmologists talk about when they say that the observable universe has a radius of 42 billion light years. (Of course, the answer had to be 42.)

    The bizarre fact about the observable universe, however, is that it is not part of the nowverse. Because light from distant galaxies took millions of years to reach us, what we see is in the past, not in the present, and the farther it is, the older it is. So if the observable universe is not part of the nowverse, how can we picture it? Where in spacetime should we place it? [to be continued]

    This post is part of a series on cosmology. Here are the other posts:

    What Do You Mean, the Universe Is Flat?, Part 2: In Which We Actually Answer the Question

    ("Flat" means "not curved," but what does "curved" mean?)

    Being Mister Fantastic

    (On visualizing a finite speed of light)

    Under a Blood Red Sky

    (On the afterglow of the big bang, and why the sky used to glow red)

    Still to come: how do we know that the curvature of space is a fact of life what would the world look like if space were labai curved what is the curvature (and the size) of the observable universe and what the heck does the observable universe have to do with Dante.

    Hubble Ultra Deep Field view courtesy of NASA. Sphere-and-plane image by Joe Doliner.

    Many thanks to Scientific American cosmology guru George Musser.

    The views expressed are those of the author(s) and are not necessarily those of Scientific American.

    ABOUT THE AUTHOR(S)

    Davide Castelvecchi is a senior reporter at Gamta in London covering physics, astronomy, mathematics and computer science.


    Is de-Sitter spacetime homogeneous and isotropic?

    I would have thought that the existence of a flat slicing for de Sitter space, as described here, implies homogeneity and isotropy.

    But then I got confused by this paper, which appears to state that Schwarzschild spacetime, which is neither isotropic nor homogeneous, also has a flat foliation. Although they claim that can be observed from the metric, which I can't see, since the transformed metric they present in support of that claim still depends on radius ##r##, which I would have thought implies non-homogeneity.

    No, a flat slicing is not sufficient for homogeneity and isotropy, as the counterexample of Schwarzschild spacetime with Painleve coordinates shows. Nor is a flat slicing even a necessary condition for homogeneity and isotropy, since a closed FRW universe, for which spatial slices are 3-spheres, is homogeneous and isotropic and has no flat spatial slicing.

    No, a flat slicing is not sufficient for homogeneity and isotropy, as the counterexample of Schwarzschild spacetime with Painleve coordinates shows. Nor is a flat slicing even a necessary condition for homogeneity and isotropy, since a closed FRW universe, for which spatial slices are 3-spheres, is homogeneous and isotropic and has no flat spatial slicing.


    Is mass the source of spacetime?

    "Curves an electric field" makes no sense an electric field is not the kind of thing that can be curved.

    Of an electromagnetic field, In the sense that it has a charge-current density, yes.

    Yes, but not the one you describe in the title of this thread. The analogy is:

    Charge-current density is the source of the electromagnetic field

    Stress-energy density is the source of spacetime curvature.

    Note that stress-energy is not "the source of spacetime" it is the source of spacetime kreivumas. Not the same thing.

    Thank you for your reply!
    Why can't an electric field not be curved? If I imagine a constant electric field, with or without an electron, then the field is curved with the electron, isn't it?

    In the solar system, mass is the source of the curvature, as you said. But the solar system experiences a background field in which the solar system is falling freely in direction to the Galaxy center.

    Because it's not the kind of thing that can be curved. The concept doesn't make sense.

    No, I said stress-energy is the source of curvature. But there is plenty of other stress-energy besides the solar system.

    The Minkowski spacetime is flat everywhere, no masses which curve the spacetime (Minkowski Spacetime is the spacetime of special Relativity).

    The solar system moves in direction to the center of the Galaxy in free fall. Therefore, within the solar system, there must be Minkowski spacetime as boundary condition, then the curvature of the sun and planets adds. Is it like that?

    @Angelika10 I have moved your post in a new thread into this one, as it is part of the same topic. There is no need to start a separate thread if you are just following up on the same topic.

    I also deleted your other new thread since it was asking the same question as the post I moved to this thread.

    Yes, and if we're doing that, we're ignoring the galaxy altogether, so it makes no sense to then say the "background field" of the galaxy is flat--there is no such "background field" in the model at all.

    If you want to say nieko about the galaxy at all, you have to construct a larger model that includes the galaxy, not just the solar system in isolation. And in any such model, the spacetime of the galaxy is curved, not flat, and the free-fall motion of the solar system in the galaxy as a whole is free-fall motion in the curved spacetime of the galaxy.

    The "field" you describe here--basically the Newtonian "force" that determines the orbital velocity--is not the same thing as spacetime curvature. Žiūrėkite žemiau.

    "the difference in the Newtonian force due to the galaxy from one side of the solar system to the other is far too small to measure." . "That is why we can model the solar system locally using asymptotically flat boundary conditions without worrying about any spacetime curvature due to the galaxy."

    In my opinion/view of relativity, there are two possibilities: 1. Go inside the moving coordinate system (which is the solar system now). There, the solar system does not feel any curvature of spacetime because it is moving in free fall. Can I say, in the moving coordinate system is the minkowski spacetime?
    2. looking from outside. There, the field is asymtotically flat as you say.

    The asymptotically flat model of the solar system is not "looking from outside". As I have already said, repeatedly, that model does not even include nieko outside the solar system at all. It is a model of the solar system only, "from the inside".

    The "moving coordinate system" you describe would be a model of the solar system moving in the overall curved spacetime produced by the galaxy. It would model the solar system as moving along a geodesic of that curved spacetime. It would show that the tidal gravity effects of the galaxy as a whole were negligible on the scale of the solar system. It would certainly not be Minkowski spacetime it would be Fermi normal coordinates centered on the solar system's worldline, with corrections for the solar system's own sources of gravity (mainly the Sun).

    Hm. OK, curvature is still there, but as we're moving along it we do not "feel" it, inside the moving coordinate system?

    If I look at the astronauts in the space shuttle, I suppose to see the minkowski space in which there are "in" at zero gravity: No gravity, no forces, no curved space time. They are in free fall.

    Assuming "we" are small enough that tidal gravity effects on our size scale are too small to feel, yes.

    Whether or not we can "feel" any tidal effects is an invariant, independent of any choice of coordinate system.

    Again, what you are describing is ne Minkowski spacetime. It is not even "locally" Minkowski spacetime. It is Fermi normal coordinates centered on the space shuttle's worldline. (Here there are no corrections due to gravitating objects inside the shuttle.)

    If you restrict yourself to a short period of time as well as a short distance in space, then you can pick one particular spacetime event on the space shuttle's worldline and construct Riemann normal coordinates centered on that event, which, over a small enough distance and time scale, will look like a small patch of Minkowski spacetime in standard inertial coordinates. But the period of time would be much, much shorter than the time it takes the shuttle to make one orbit around the Earth.


    Making Time Travel A Reality

    This concept of bending spacetime sprung from Einstein’s theory of General Relativity, which introduced the idea that wormholes could, in theory, act as a bridge between two points that would otherwise be very distant. Because of spacetime’s flexibility, a wormhole could link two different points in its fabric.

    Recently, evidence for this theory has moved beyond the strictly theoretical. A couple of years ago, scientists built what they described as a “wormhole.” Their model, however, created a portal for magnetic fields. Kaip Smithsonian outlined, “if another magnetic field travels through the wormhole, it appears to leave space altogether, only showing up at either end.”

    So it doesn’t exactly teleport particles (or people) across spacetime, but it does highlight the continual advances that are being made in our ability to manipulate the various fundamental forces in our universe, and ultimately, the manipulation of this force is an important step towards creating a simplified wormhole that would allow us to send electromagnetic waves through an invisible tunnel. Perhaps, one day, we will be able to manipulate spacetime in a similar manner.

    So while wormholes remain theoretically possible and important steps are being made, wormholes in spacetime, specifically, have yet to be observed or created.

    Advertisement

    Advertisement

    Another potential method of time travel is time dilation. Einstein’s theories predicted that time passes differently throughout the universe. We now know this to be true—clocks tick slower on the International Space Station (ISS) than they do here on Earth, for example. This happens because time moves slower for objects that are near strong gravitational fields (such as Earth) than for objects further from these fields, like the ISS.

    So by spending time off Earth’s surface and returning at a later point, a human could, in a sense, fast forward through time. If you could get close to a black hole, because there are such strong gravitational forces in the vicinity, time would slow to a mesmerizing degree. Thousands of Earth-years might pass by while only a few seconds tick by near a supermassive black hole.

    Time dilation also comes into play where speed is concerned. If we were to, say, travel at 95% of the speed of light, time would slow down dramatically. So again, thousands of Earth-years could pass by in what the traveler experiences as just a few moments.

    And this is just the beginning, as there are a number of different ways in which we could make time travel into a reality. Scientists from various disciplines are investigating different methods for us to make more dramatic jumps through time, like using circulating light beams, which can be created through the use of gamma and magnetic fields to twist space and cause time to be twisted. Other methods include quantum tunneling and hypothetical cosmic strings.

    Advertisement

    Advertisement

    Of course, just because something is theoretically possible doesn’t mean it’s technically feasible. At least, not yet. We can’t make wormholes, and we can’t travel near the speed of light. But there is hope that we could achieve these things in the very near future. “We could possibly address things about time travel and understand the basic nature of time with the research that we do now. Or at least, in the next 50 to 100 years,” Beacham said.

    Yet, we must acknowledge the possibility that moving back and forth through time may be contrary to the laws of physics. Still, that doesn’t mean we shouldn’t try. As Stephen Hawking famously wrote in his autobiography, “Even if it turns out that time travel is impossible, it is important that we understand why it is impossible.”

    Kaip „Futurizmo“ skaitytojas kviečiame prisijungti prie „Singularity Global“ bendruomenės, mūsų patronuojančios įmonės forumo, kuriame galima aptarti futuristinį mokslą ir technologijas su bendraminčiais iš viso pasaulio. Prisijunkite nemokamai, prisiregistruokite dabar!


    Newtonian Physics vs. Special Relativity

    Let the battle begin, Newton Vs Einstein. The all out battle for space-time.

    Both Albert Einstein and Sir Issac Newton are regarded as the forefathers of physics, but both held different theories that are fundamentally different from the other. So in the grand scheme of things.. who was more correct… Einstein or Newton.

    Here, we battle it out, but ultimately, the choice is up to you!

    So let’s start with Newton! In the world of Newtonian physics, everything looks the same to everyone else in the universe, irrespective of your location and speed. I don’t know about the rest of you, but this seems like a very logical concept, probably because this is how we all view every day life. When I used to play cricket, I had no doubt that my view of the cricket ball hurtling through the air looked the same as someone driving down the road watching the ball (points of view taken into consideration of course). What I’m getting at here is that they didn’t see the ball stretching, moving slowly, and blue shifting.

    Advertisement

    Advertisement

    Really then, the world in Newtonian physics makes sense to us in every day life. I know if I was to tell a group of 11 year old school children that a 1 meter ruler actually appear to be a different length when I’m holding it versus when I’m running with it, they’re likely to think I’m kidding (or crazy). Kodėl? Because we can’t show it. If I did that little experiment with the students, it would still look exactly the same size. And considering that it’s only something like .000000000000000088.. meters longer to the outside observer, I can’t blame anyone for not believing me. Even while traveling on an aeroplane it would only be .00000000000029 meters longer! The point I’m making here is that Newton making the assumption that the universe is exactly the same for everyone else, irrespective of location or speed, was a completely logical assumption. So much so that suggesting anything more at the time would have been completely dismissed–they would have thought he was crazy.

    This is where Einstein enters the picture… at the right place, but most importantly, at the right time. There were many scientists with many ideas at the time, incomplete ideas. Einstein managed to unify many different theories into several papers, five of which were published in the same year. This is not to take away from his brilliance, it’s just the nature of science. Einstein managed to combine many different ideas (that were not his own) with an idea of his own and, in so doing, completely change the world.

    A good example of this is the Theories of Relativity and the Lorentz Transformation. Although, in many cases, Einstein gets credit for this, it was first published by Joseph Larmor in 1897, proposed by Hendrik Lorentz in 1895, and eventually modified by Henri Poincare in 1905 but accredited to Lorentz by Poincare. But although Einstein may not have come up with the equation, he did tie it all together in his Special Relativity paper.

    Advertisement

    Advertisement

    Unlike in a Newtonian world, the universe is not quite a constant, for the most part anyway. Taking a look at the Lorentz Transformation using time as our variable:

    t’=t/sqrt(1-((v^2)/(c^2)))

    In this equation we see that Time and Velocity are variables because neither of them have a constant physical value, like the speed of light “c”. Here we can see that the speed of light MUST be a constant in the universe. This agrees with Newtonian physics, the speed of light being a constant, with time and length being different, this bit obviously doesn’t agree with Newton.

    So in the end in the battle between Newton and Einstein, who is right? In every day life, they both are. The speeds at which life goes by are so slow that it has only been in recent history that we have been able to detect the differences. Newton viewed space-time as being flat, unchanging and very boring, but that is not at all the case in Einstein’s world. To Einstein, space-time is very dynamic, changing depending gravity and velocity.