Пространство и время

[_Z_]

Я еще дополнительно выкинул промежуточные размышления. Переходим к пространству-времени.

За исключением того, что время не течет, в физике Ньютона время и движение выглядят примерно, как на рисунке 11.3. Одно небольшое отличие состоит в том, что я нарисовал следующие друг за другом моменты отдельно друг от друга, но во всей доквантовой физике это является аппроксимацией, потому что время — континуум. Мы должны представить бесконечно много бесконечно тонких снимков, непрерывно появляющихся между нарисованными моими «я». Если каждый снимок представляет все во всем пространстве, которое физически существует в определенный момент, то можно считать, что эти снимки склеены Друг с другом своей лицевой стороной и образуют один неизменный блок, содержащий все, что происходит в пространстве и времени (рисунок 11.4) — то есть всю физическую реальность.

Рис. 11.4. Пространство-время, рассмотренное как следующие друг за другом
Неизбежный недостаток диаграммы такого рода состоит в том, что снимки пространства в каждый момент показаны как двухмерные, тогда как в реальности они трехмерны. Каждый из них — это пространство в определенный момент. Таким образом, мы считаем время четвертым измерением, аналогичным трем измерениям пространства в классической геометрии. Пространство и время, рассматриваемые совместно, как в этом случае, в виде четырехмерной категории, называют пространством-временем.

В физике Ньютона эта четырехмерная геометрическая интерпретация времени была произвольной, но с появлением теории относительности Эйнштейна она стала необходимой частью этой теории. Так произошло потому, что в соответствии с относительностью наблюдатели, которые движутся с разной скоростью, не придут к согласию относительно того, какие события являются одновременными. То есть они не придут к согласию относительно того, какие события должны появиться на одном и том же снимке. Таким образом, каждый из них воспринимает пространство-время как разрезанное на «моменты» различным образом. Тем не менее, если бы каждый из них собрал свои снимки, как показано на рисунке 11.4, получились бы идентичные пространства-времена. Следовательно, в соответствии с относительностью, «моменты», изображенные на рисунке 11.4. не являются объективными характеристиками пространства-времени: они являются всего лишь образом восприятия одновременности наблюдателем. Другой наблюдатель получил бы слои «сейчас» под другим углом. Таким образом, объективную реальность, стоящую за рисунком 11.4, а именно: пространство-время и его физическое содержание, — можно было бы показать с помощью рисунка 11.5.

Рис. 11.5. Движущийся объект с перспективы пространства-времени

Пространство-время иногда называют «вселенной, связанной в единый блок», потому что в нем вся физическая реальность — прошлое, настоящее и будущее — раз и навсегда представлена неизменной в одном четырехмерном блоке. По отношению к пространству-времени ничто не движется. То, что мы называем «моментами», — это определенные слои пространства-времени, и когда содержание этих слоев отличается друг от друга, мы называем это переменой или движением в пространстве.