Không-thời gian – Wikipedia tiếng Việt

Không – thời gian hay Thời gian – Không gian là một mô hình toán học gộp ba chiều không gian với một chiều thời gian để tạo thành một cấu trúc thống nhất gọi là Thời – Không gian liên tục.

Các văn liệu khoa học vật lý tại Việt Nam sử dụng thuật ngữ “Không-thời gian“[1][2]

Trong cơ học cổ xưa, thời gian và không gian là 2 khái niệm trọn vẹn riêng không liên quan gì đến nhau. Cùng một vấn đề luôn trôi qua trong những khoảng chừng thời gian giống nhau khi quan sát trong những hệ quy chiếu khác nhau. Các vấn đề này hoàn toàn có thể được làm đồng nhất bằng việc dùng chung một đồng hồ đeo tay đo thời gian tuyệt đối .

Trong mô hình thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein, thời gian diễn ra của cùng một sự việc là dài hay ngắn phụ thuộc vào lựa chọn hệ quy chiếu. Cách mô tả các sự việc được thực hiện chính xác trên một hệ thống hình học được sáng tạo bởi Hermann Minkowski, ở đó không gian và thời gian được xem xét là một cặp. Đây là hình học Minkowski, nơi một sự kiện được nhận dạng bằng một thế giới điểm của 4 chiều không – thời gian liên tục.

Chiều thời gian thường được đặt là ct với c là tốc độ ánh sáng, t là thời gian, để có cùng thứ nguyên với các chiều không gian. Tuy nhiên chiều thời gian là một chiều đặc biệt và ct không hoàn toàn giống các chiều không gian khác. Ví dụ, đối với không gian ba chiều cổ điển, chiều dài của một thước kẻ không thay đổi và không phụ thuộc hệ quy chiếu; bình phương của nó luôn là:

dl2 = dx2 + dy2 + dz2

Ở đây, dx, dy, dz là hình chiếu của thước kẻ lên ba chiều x, y và z của không gian. Trong không-thời gian phẳng (mêtric Minkowski); khi thay đổi hệ quy chiếu, chiều dài thước kẻ thay đổi, nhưng đại lượng sau không thay đổi:

ds2 = dl2 – c2dt2

Ở đây dt là chênh lệch thời gian trong quan sát hai đầu thước kẻ trong không-thời gian. Công thức trên cho thấy, chiều thời gian không đối xứng (không tráo đổi tùy ý) với các chiều không gian.

Xem bài chính mêtric Minkowski, Vectơ-4

Trong lý thuyết tương đối hẹp, không-thời gian là không-thời gian phẳng. Nhiều đại lượng vật lý ở dạng vectơ trong không gian ba chiều được mở rộng ra thành vectơ-4. Một vectơ-4 là một bộ gồm 3 thành phần, gọi là thành phần không gian, cùng với 1 thành phần, gọi là thành phần thời gian: V = [vt, vx, vy, vz] = [vt, v]. Bình phương của độ lớn của vectơ-4 được tính theo công thức:

V2 = v.v – vt2

V2 = vx2 + vy2 + vz2 – vt2

Khi quy đổi hệ quy chiếu trong không thời gian, những thành phần của vectơ-4 được đổi khác theo biến hóa Lorentz. Có một thuộc tính của những vectơ-4 không bị đổi khác bởi đổi khác Lorentz, đó chính là độ lớn của những vectơ-4 này. Điều này tương tự như như khi biến hóa hệ quy chiếu trong không gian ba chiều, độ lớn của những vectơ vị trí ba chiều không đổi .

Ví dụ trong phần giới thiệu cho thấy đại lượng khoảng cách hay vị trí trong không gian ba chiều được tổng quát hóa thành vectơ-4 [ct, x, y, z]. Nhiều đại lượng vật lý vectơ khác cũng đều có vectơ-4 tương ứng. Ví dụ như động lượng cổ điển được mở rộng thành động lượng-4 [E/c, p] với E là năng lượng tương đối tính và p là động lượng tương đối tính.

Trong triết lý tương đối rộng, không-thời gian hoàn toàn có thể cong. Sự cong của thời không gian gây ra bởi sự xuất hiện của vật chất, tóm tắt trong phương trình Einstein. Các thời không gian cong được đặc trưng bởi tenxơ mêtric của thời không gian, nghiệm của phương trình Einstein khi cho biết một sự sắp xếp của vật chất .

Một số thời không gian cong ứng với các trường hợp đặc biệt có thể kể đến là mêtric Schwarzschild, mêtric Reissner-Nordström hay mêtric Kerr. Mêtric Schwarzschild mô tả chân không quanh một hành tinh, ngôi sao hay một hố đen không quay và không tích điện, và là ví dụ đơn giản nhất về thời không gian quanh hố đen.

Khi không có vật chất, giải thuật phương trình Einstein trở về thời không gian phẳng như trong kim chỉ nan tương đối hẹp .

Sự kiện, ngoài hành tinh tuyến, thời gian riêng và đường trắc địa[sửa|sửa mã nguồn]

Trong thời không gian, mỗi một điểm gọi là một sự kiện (do xảy ra tại một thời điểm và vị trí xác định).

Bình phương khoảng cách giữa hai sự kiện trong thời không gian, h2, hoàn toàn có thể lớn hơn hay nhỏ hơn 0 và khiến cho khoảng cách giữa hai sự kiện được chia làm ba loại :

• Kiểu thời gian: h2 <0
• Kiểu ánh sáng: h2 = 0
• Kiểu không gian: h2 > 0

Giữa hai sự kiện có nhiều đường nối, nhưng đường nối ngắn nhất gọi là đường trắc địa .

Trong cả hai lý thuyết tương đối, một vật thể trong thời không gian đi theo vũ trụ tuyến hướng từ quá khứ tới tương lai. Vũ trụ tuyến của hạt photon là đường nối giữa các sự kiện liên tục có khoảng cách kiểu ánh sáng (s2 = 0); vũ trụ tuyến của các vật thể có khối lượng có kiểu thời gian. Khoảng cách giữa hai sự kiện trên một vũ trụ tuyến còn gọi là thời gian riêng, thời gian giữa hai sự kiện đo được bởi một quan sát viên đi theo vũ trụ tuyến này từ sự kiện này tới sự kiện kia.

Trong kim chỉ nan tương đối rộng, vật thể hoạt động theo quán tính đi theo đường trắc địa kiểu thời gian .

1. ^ Không-thời gian là gì?. Thư viện Vật lý, 12/2019. Truy cập 10/08/2020.
2. ^ Stephen Hawking, Lược sử thời gian: Từ Vụ nổ lớn đến các lỗ đen, Cao Chi và Phạm Văn Thiều dịch, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, 1995; Nhà xuất bản Trẻ, tái bản 2007. p.132., Cao Chi và Phạm Văn Thiều dịch, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, 1995 ; Nhà xuất bản Trẻ, tái bản 2007. p. 132 .

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://vh2.com.vn
Category : Trái Đất