Miért relatív az idő? – A téridő egyszerű magyarázata
Ez a videó a „Hogyan lehetséges az időutazás?” c. animációs videó kiegészítése, amely a téridő görbületéről, az idő relativisztikus múlásáról és az időutazásról szól.
A téridő a fizikában egy matematikai modell, ami egy sokaságban egyesíti a teret és az időt, a Világegyetem szerkezetét leírva. A téridő általában egy négydimenziós koordináta-rendszer, három tér- és egy idődimenzióval; a rendszer pontjai egy-egy eseménynek felelnek meg. A relativitáselmélet előtti fizika a téridő geometriáját euklideszinek, a tér- és idődimenziókat egymástól és a bennük elhelyezkedő testektől függetlennek tekintette; a speciális relativitáselmélet szerint azonban a téridő Minkowski-geometriával írható le, és a benne egymáshoz képest mozgó megfigyelők mást-mást érzékelnek térnek és időnek; a pontos összefüggést a Lorentz-transzformáció adja meg. Az általános relativitáselmélet szerint pedig az anyag meggörbíti maga körül a téridőt, ami egy Riemann-geometriával jellemezhető. Egyes modern kozmológiai elképzelések, mint például a húrelmélet pedig négynél több dimenziót feltételeznek, noha ezek az extra dimenziók kompaktak, a Planck-hosszal összemérhetően kis méretűek, ezért a makroszkopikus hétköznapi életben nem látjuk őket.
A fényhullámok sebessége
A XIX. század végének nagy rejtélyét jelentette az a kísérletekben megfigyelt tény, amely szerint bármilyen sebességgel mozgunk is egy fényforráshoz képest (vagy mozog a fényforrás hozzánk képest), az általa kibocsátott fényhullámok sebessége minden esetben ugyanannyinak – körülbelül 300 000 kilométer/másodpercnyinek – adódik.
A relativitáselmélet
Albert Einstein 1905-ben közölt speciális relativitáselmélete vetette fel a rejtély feloldásaként, hogy a világunkban a sebességek összeadásának szabálya a fénysebességhez közelítve más kell, hogy legyen, mint a hétköznapi kis sebességeknél. Mivel egy mozgó test sebességét az általa megtett út és az eltelt idő hányadosaként mérjük, a sebességösszeadás megváltozása tulajdonképpen azt jelenti, hogy a megfigyelő, a sebességétől függően, a térbeli távolságokat és az eltelt időtartamokat más értékűeknek méri. A mért távolságok és időtartamok sebességfüggő megváltozása továbbá azt is jelzi, hogy a térbeli és időbeli mozgás egymástól nem függetlenek (az események időbeli és térbeli távolsága is hasonló képletek szerint változik és számolható), így érdemes 3 térbeli és 1 időbeli koordináta helyett inkább az ún. “téridő” 4 koordinátájáról beszélni.
Einstein a relativitáselméletében a sebességösszeadás, valamint a távolság- és időtartam mérésének sebességfüggő képleteit adta meg. Javasolt képletei, valamint a fizikai jelenségek einsteini értelmezése máig kiállt minden kísérleti próbát, és a modern fizika alapjává vált. Nincs szükség azonban sem az einsteini képletek, sem az összefüggő tér és idő (a “téridő”) fogalmának hétköznapi használatára mindaddig, amíg nem a fénysebességet megközelítő mozgások leírása a célunk.
