11 °C

Всички пътуваме през пространство-времето със скоростта на светлината

Всички пътуваме през пространство-времето със скоростта на светлината. Аз, вие, котката (дори котката на Шрьодингер), Земята, Слънцето, битове и байтове и всякакви частици, включително фотоните.

Става дума за пространство-времето обаче. Разбира се, ние пътуваме с различна скорост през космоса, дори може да стоим неподвижно в нашата координатна система. Тази координатна система се движи относително спрямо други координатни системи, например може да седите неподвижно, докато четете това, но сте на Земята (повечето хора сме тук, на Земята), която се върти с 1600 км/ч при екватора, и Земята също се движи около Слънцето (със 107 000 км/ч), а Слънцето се движи около центъра на Млечния път (828 000 км/ч). Млечният път също се движи спрямо на всяка друга галактика със скорост 600 км/сек или 2 160 000 км/ч.

Но нищо от гореспоменатото, с изключение на фотоните, не се движи със скоростта на светлината (която е 300 000 км/сек или 1 808 000 000 км/ч за сравнение). Нашето движение през пространство-времето, от друга страна, е различно.

Всички пътуваме със скоростта на светлината през пространство-времето.

Пространство-времето

Пространство-времето е 4-измерна концепция, трите пространствени измерения, наричани още пространство, и едно времево измерение. Нашата скорост е разпределена между четирите компонента и тъй като скоростта има посока, тя е 4-мерен вектор U = γ(c, v_x, v_y, v_z), където γ е коефициентът на Лоренц. 

За уравненията няма значение как ще разпределим движенията си в 3-те пространствени измерения x, y и z, ние се грижим само за скоростта, а не за скоростта с определена посока, затова казваме, че движението е разпределено в два компонента, пространство и време.

Когато например не се движим през пространството (в нашата координатна система), тогава ние се движим във времето с максимална скорост. Когато фотонът се движи с максимална скорост, c, той изобщо не се движи във времето. За фотона няма времева компонента.

Можем да нарисуваме координатната система по този начин, с пространство върху оста x и време t, върху оста y.

Нашата обща скорост през пространство-времето е постоянна и се състои както от движение през пространството, така и през времето. Когато се движите по-бързо през пространството, вашата времева компонента ще бъде по-малка в сравнение с някой, който стои неподвижен. Кредит: Wikipedia Commons.

Движението през пространство-времето е показано в координатната система като вектор (стрелката) от началото (0,0) до пунктираната дъга.

Някой или нещо, което стои неподвижно в своята кооординатна система, ще пътува само по оста y (време), без да използва никоя част от пространствения компонент. Някой, който пътува по-бързо, ще има компонент на оста x (пространство) и компонент на оста y (време), но компонентът време ще бъде по-малък от този, който стои неподвижен в пространството.

Колкото по-бързо се придвижваме в пространството, толкова по-малък ще бъде нашият времеви компонент. Това се нарича ефект на забавяне  на времето в теорията на относителността, а компонентът на времето по оста y се нарича собственно време. Това е времето, измерено от часовник в движещата се кооординатна система.

Светлината

Най-бързите обекти в космоса са безмасовите фотони (електромагнитната сила и това, което виждаме като светлина) и глюони (носители на на силното взаимодействие и ядрена сила). Тези частици използват само пространствения компонент и за тях собственното им време е нула.

Това означава, че фотонът не усеща времето. Фотоните, които измерваме от Големия взрив, се улавят от нашите детектори са същите (от тяхна гледна точка), които са възникнали, въпреки че за нас това е било преди 13,8 милиарда години.

За един фотон началото и краят на Вселената и всичко между тях се случва в един и същ момент от времето.

Когато фотоните се движат в пространството с максималната скорост на светлината, без част от компонента на времето, те също ще изпитат ефекта на скъсяване на дължината максимално. Цялото разстояние, през което преминават, ще бъде свито до една точка.

По този начин, ако пътувате само през пространството в пространство-времето, скоростта ви ще бъде максимална в пространството, няма да имате усещане за времето и разстоянието ще бъде сингулярност. Ускорението на маса с такава скорост ще изисква безкрайно количество енергия, поради което само безмасовите частици могат да пътуват с тази скорост през пространството.

Ако пътувате само във времето, вашето собствено време (времето, измерено на часовника ви) ще бъде максимизирано. Това е и най-мързеливият начин - не се изисква енергия.


Мързелива котка, пътуваща със скоростта на светлината през пространство-време с максимален компонент във времето и без компонент през пространството в собствената си координатна система. Кредит: Erik-Jan Leusink/Unsplash

Диаграма на Минковски в пространството и времето
Една по-добра координатна система би използвала c.t на оста на времето, вместо само t, тъй като единиците тогава са сравними: c.t е скоростта на светлината по времето, така че дименсията е метри в секунда по секунди, което ни дава единица метри, и тогава остават само  пространствени координати.

Този вид координатна система се нарича диаграма на Минковски.

Диаграмата на Минковски за пространство-времето, показваща движението през пространство-времето на обект, който стои неподвижно (синьо) и светлина (жълто). Кредит: Wikipedia commons.

Сега човек, стоящ неподвижно в своята координатна система, се е преместил на разстояние c.t по оста y. Тъй като е прекарал време t в изминаването на това разстояние, той се движи със скорост c през пространство-времето. (Скоростта е разстоянието, разделено на времето: c.t/t=c).

Той, разбира се, не пътува през пространството със скоростта на светлината, което би изисквало движение по оста x. Скоростта в комбинацията от пространство и време е c за човека, който стои неподвижно.

Светлината би била диагонална линия през пространствено-времевата координата, движеща се със скорост c.

Нашето движение през пространство-времето може да бъде представено в диаграмата на Минковски като наша световна линия. Диаграмата може да бъде изчертана и с две пространствени измерения в 3D-диаграма, както се вижда по-долу (за съжаление не можем да изчертаем 4D диаграма с трите пространствени оси). Тогава световната линия на светлината ще се превърне в светлинен конус. Всичко от другата страна на светлинния конус е недостъпно за нас, тъй като ще изисква информация, пътуваща по-бързо от светлината през пространство-времето.

Вие (в червено) се движите във времето, а понякога и в пространството. Световната линия на светлината (или светлинният конус, ако нарисуваме диаграмата на Минковски с две пространствени оси на една и съща ос), е границата на това, което може да изпитате.

Като цяло всички се движим с общата скорост на светлината, c, през пространството-времето, като скоростта се разпределя между пространството и времето. Не можем да се движим по-бързо от светлината през пространството. И нито можем да пътуваме по-бързо, нито по-бавно от светлината през пространство-времето. Това е постоянната скорост на всичко в тъканта на пространство-времето.

Луис Карол Епщайн (Lewis Carroll Epstein), автор на няколко научно-популярни бестселъра, обяснява:

„Не можете да вървите по-бързо от светлинната скорост, защото не можете да вървите по-бавно от светлинната скорост. Винаги се движите със скоростта на светлината през пространство-времето. Ако използвате част от скоростта си, за да преминете през пространството, ще имате по-малка скорост във времето".

Авторът Ленка Отап (Lenka Otap) е компютърен учен, изучаваща астрофизика в Университета в Копенхаген.

Източник: We All Travel Through Spacetime at the Speed of Light, Medium

Източник: nauka.offnews

Facebook коментари

Коментари в сайта

Хороскоп за 27.02.2021

Хороскоп за Овен

Овен
Доверието, което сте изградили сред другите ще направи денят ви по-добър и успешен. С енергия и хъс ще успявате, а това ще ви мотивира за повече усърдие и последователност в действията. Доброто си настроение ще пренасяте и в личните си взаимоотношения, ще доминират чувства на добронамереност и взаимопомощ. Дано не се отдръпнете от някого заради неразбирането му.
27 фев 2021

Хороскоп за Телец

Телец
Бъдете внимателни днес. Вероятността умишлено да ви заблудят е много голяма. Не се поддавайте на суетата си. Ще съжалявате, ако прибързано приемете отправено ви предложение. Личният ви живот постепенно приема желаната от вас насока. Успявате да извлечете най-доброто от това, което ви се предлага.
27 фев 2021

Хороскоп за Близнаци

Близнаци
Ще се вдъхновите от свое постижение и ще се амбицирате да продължите напред. Запознанство с човек, чиито качества допълват вашите и е възможна дълготрайна връзка. Емоциите ще повишат настроението и ще се стараете повече за партньора си. Новина, свързана с работата ви. Подготовка за пътуване.
27 фев 2021

Хороскоп за Рак

Рак
Ще се радвате на засилен интерес от страна на обкръжението си. Може би той е продиктуван от вашите чудесни идеи и предложения, с които ги изненадвате. Не правете нищо прибързано, а внимателно обмисляйте действията си. Всякакви спонтанни реакции от ваша страна за момента са нежелателни. Ведрият ви тон може да ви помогне неимоверно много. В къщи се нуждаят от вас.
27 фев 2021

Хороскоп за Лъв

Лъв
Много детайли на другите ще убягват, но това ще ви носи предимство и ще вземате правилни решения. Също ще ви предпазва и от грешки. Стремете се към успеха и не отлагайте нищо по пътя към него. Денят носи сполука във всичко,с което се захванете. Притесненията ви скоро ще отпаднат и настроението ви ще бъде чудесно.
27 фев 2021

Хороскоп за Дева

Дева
Предпочитате да прекарате този ден сред семейството си като обърнете специално внимание на по-малките членове. Ще успеете да изпълните плановете, които имате по отношение на конкретен проект. За предпочитане е да не възлагате на човек от обкръжението си задача, с която той не е съгласен. Така ще си спестите много повече неприятности..
27 фев 2021

Хороскоп за Везни

Везни
Мислите ви са насочени предимно в дейността, която упражнявате. Нововъведения и промяна в организацията ще ви помогнат да повишите печалбата и да насочите час от финансите си за други неща. Жадувате за повече разнообразие и може да го постигнете, ако не се затваряте в себе си, а потърсите подходящите хора.
27 фев 2021

Хороскоп за Скорпион

Скорпион
С помощта на влиятелна личност или административна инстанция ще съумеете да разрешите отдавна тежащ ви проблем. Усилията ви в тази насока ще се увенчаят с успех, а това ще повиши и тонусът ви. Моментът е подходящ да си пуснете тото. Шансът е на ваша страна.
27 фев 2021

Хороскоп за Стрелец

Стрелец
Мобилизирани сте и ще можете да покажете итинските си способности. Залогът е голям, пък и не ви е останало място за избор. Не бива да прекалявате със стремежа си да сте на върха на всяка цена. Еуфорията може да ви постави и в деликатна ситуация. Децата ще ви поднесат приятни изненади.
27 фев 2021

Хороскоп за Козирог

Козирог
Въпроси от различно естество ще занимават представителите на знака, сред които по-важни са служебните, по бизнес и в подкрепа на здравето ви. Цените времето си и в тази връзка ще следвате стриктно програмата си. Позициите ви на работното място се стабилизират и това внася успокоение в напрегнатото ви ежедневие.
27 фев 2021

Хороскоп за Водолей

Водолей
Ще се посветите на задача, която обмисляте от дълго време. Усърдието ви е гаранция за успех, каквото и да ви струва то. В личните си взаимоотношения бъдете търпеливи, докато се стабилизират отношенията ви с човека, който ви създава повече грижи. Радостна новина, свързана с децата.
27 фев 2021

Хороскоп за Риби

Риби
Задълженията ви днес няма да ви натоварват, напротив. Имате желание и амбиция да се впуснете в сфера, нова за вас. Привлечени сте от възможност, свързана с инвестиции, но и перспективна. Обърнете повече внимание на отношенията си с човек, когото пренебрегвате, но въпреки това ви вълнува.
27 фев 2021
Последни новини