В известната теория на относителността на Айнщайн понятията за неизменно пространство и време се отхвърлят изрично и категорично.

Пространството и времето сега са вплетени в единна тъкан и физиците използват една-единствена дума - "пространство-време".

С други думи, ние наистина живеем в четириизмерна вселена. Само пространството и времето престават да съществуват поотделно - остава само обединението на тези измерения.

Как да си го представим?

Да вземем четири химикалки. Да започнем с две и да направим кръст на бюрото си, така че да са перпендикулярни една на друга.

Сега да добавим трета химикалка и да я позиционираме така, че да е перпендикулярна на първите две.

Вече не може да я оставим да си стои на бюрото, което е двуизмерна повърхност. Трябва да я задържим във въздуха, защото третата химикалка е част от триизмерния свят, с който сме свикнали.

Но ние не живеем в просто триизмерен свят. Да сложим четвъртата си химикалка така, че да минава през другите три химикалки и да е идеално перпендикулярна на всички тях - всички ъгли да са точно 90 градуса.

Не може. Защото има само три пространствени измерения.

И освен това, не може дори да си представим четвърто пространствено измерение, защото мозъците ни са еволюирали в триизмерен свят (има хора, които твърдят, че могат да си представят четвърто измерение, но може би се заблуждават).

Но докато не можем да си представим четвърто измерение, може да го изпитаме. Потокът на времето от минало към бъдеще е отделно измерение.

Държейки с ръце своята странна скулптура от химикалки, обхващаме измерението на времето от момента, в който сме я сглобили за първи път, докато всичко се разпадне.

За това време създадохме четириизмерна скулптура.

Физиците свързват трите пространствени измерения и единственото времево измерение в единната рамка на пространство-времето. Във физиката на Нютон това пространство-време е сцената, а ние – обектите и съдържанието на вселената – сме актьорите.

Преследваме целите си и произнасяме нашите реплики, а сцената осигурява фона, на който се осъществяват нашите взаимодействия. Ние знаем къде се намират другите актьори на същата сцена – те са на мястото си и произнасят репликите си.

Но в Общата теория на относителността самата сцена се превръща в актьора в главната роля, името, изписано на афиша. За да направи една теория за гравитацията съвместима с относителността на пространството и времето (сега пространство-времето), Айнщайн осъзнава, че гравитацията изобщо не е сила, поне не от вида, предвиден от Нютон.

Пространството-времето не е фиксирана сцена, а гъвкава мембрана, която обгръща цялото съществуване. То е нещо, обект и образувание само по себе си, динамичен актьор в състава от герои във Вселената.

Вселената се състои от обичайния набор от частици и радиация и всичките им взаимодействия и тези взаимодействия не се случват върху пространство-времето, а заедно с пространство-времето.

Масата и енергията (които не е необходимо да бъдат строго разделени, тъй като сега се считат за еквивалентни благодарение на Общата теория на относителността на Айнщайн) променят формата на пространство-времето в близост до тях.

Всеки от нас е част от Вселената, струпване на материя, с маса и енергия.

Пространство-времето в нас и близо до нас сега е изкривено благодарение на тази маса и енергия. Пространството и времето се променят благодарение на нашето съществуване.

И останалата част от Вселената реагира на нас.

Ако си представим безкрайно малка частица, пътуваща по траектория близо до вас (на езика на физиката бихме нарекли това тестова маса, за да изследваме как се държи гравитацията без други ефекти), как тази частица реагира на нашето присъствие?

На езика на Нютон бихме казали, че тялото ни упражнява гравитационно поле, невидимо влияние, подобно на дълготрайната миризма на добър одеколон, и че частицата реагира на това невидимо влияние чрез усещането за гравитационна сила, която променя нейния посока.

Но в езика на Айнщайн няма сили, няма невидими струни. Има само пространство-време и само пространство-време. В радикалната преоценка на гравитацията на Айнщайн всички обекти се движат по прави линии, винаги и завинаги.

Но пространство-времето, което тези обекти трябва да прекосят, се огъва под тях. Турист, който си проправя път от една точка до друга, може да пътува по права линия – според картата и според краката си, които винаги се местят един пред друг при всяка стъпка – но трябва да следва завоите и кривите по пътеката, за да не се изгуби в пустошта.

И така обектите – тестови маси, планети, светлинни лъчи – винаги се движат по прави траектории, но "прави" само в смисъл, че всяка стъпка напред винаги се поставя директно пред предишната. Пространството-време под и около тези обекти се огъва, както и пътят, по който обектът върви.

Това е гравитацията според Айнщайн. Масата и енергията огъват формата на пространство-времето и огъването на пространство-времето се превръща в актьор, засягащ траекторията и движенията на всичко останало.

С тази идея за гравитацията Айнщайн успява успешно да съчетае концепцията си за Специалната теория на относителността – че няма фиксирани, универсални стандарти за референтна връзка – с гравитационната сила.

С други думи, дори самото пространство-време не е имунизирано от релативистичните ефекти на различните гледни точки и тази мутация на пространство-времето поражда нашето преживяване на гравитацията.

Източник: How to Think About a Four-Dimensional Universe, Paul M. Sutter/Universe Today.

Още по темата

07/03/2015

Физика

Обща теория на относителността

17/01/2015

Физика

Специалната теория на относителността