Uzay-zaman dokusu, uzayın üç boyutunu zamanın dördüncü boyutu ile birleştiren kavramsal bir modeldir. Mevcut fiziksel teorilerin en iyisine göre, uzay-zaman, ışık hızına yakın seyahat etmenin yanı sıra evrendeki büyük nesnelerin hareketinden kaynaklanan olağandışı göreceli etkileri açıklar.
Uzay zamanını kim keşfetti?
Ünlü fizikçi Albert Einstein, görelilik teorisinin bir parçası olarak uzay-zaman fikrini geliştirmeye yardımcı oldu. Öncü çalışmalarından önce, bilim adamlarının fiziksel olayları açıklamak için iki ayrı teorisi vardı: Isaac Newton'un fizik yasaları büyük nesnelerin hareketini tanımlarken, James Clerk Maxwell'in elektromanyetik modelleri ışığın özelliklerini açıkladı.
Ancak 19. yüzyılın sonunda yapılan deneyler ışık konusunda özel bir şey olduğunu öne sürdü. Ölçümler, ışığın ne olursa olsun her zaman aynı hızda gittiğini gösterdi. Ve 1898'de Fransız fizikçi ve matematikçi Henri Poincaré, ışığın hızının eşsiz bir sınır olabileceğini öne sürdü. Aynı zamanda, diğer araştırmacılar, nesnelerin hızlarına bağlı olarak boyut ve kütle olarak değişme olasılığını düşünüyorlardı.
Einstein, 1905 özel görelilik kuramında tüm bu fikirleri bir araya getirdi, bu da ışık hızının sabit olduğunu varsayıyordu. Bunun doğru olması için, alan ve zamanın, ışığın hızını tüm gözlemciler için aynı tutmak için komplo edilen tek bir çerçevede birleştirilmesi gerekiyordu.
Süper hızlı bir roket kullanan bir kişi, çok daha yavaş bir hızda seyahat eden bir kişi ile karşılaştırıldığında daha yavaş hareket etme süresini ve daha kısa nesnelerin uzunluklarını ölçecektir. Çünkü uzay ve zaman görecelidir - bir gözlemcinin hızına bağlıdır. Ancak ışığın hızı her ikisinden de daha temeldir.
Uzay-zamanın tek bir kumaş olduğu sonucu, Einstein'ın kendi başına ulaştığı bir kumaş değildi. Bu fikir, 1908 Kolokyumu'nda "Alman bundan sonra ve zaman zaman kendi başına, sadece gölgelere kaybolmaya mahk arem olan Alman matematikçi Hermann Minkowski'den geldi ve sadece ikisinin bir tür bağımsızlığını koruyacak ."
Tanımladığı uzay-zaman hala Minkowski uzay-zamanı olarak bilinir ve hem görelilik hem de kuantum-alan teorisindeki hesaplamaların arka planı olarak hizmet eder. İkincisi astrofizikçi ve bilim yazarı Ethan Siegel'e göre atomaltı parçacıkların dinamiklerini alanlar olarak tanımlamaktadır.
Uzay zamanı nasıl çalışır?
Günümüzde, insanlar uzay-zaman hakkında konuştuğunda, bunu genellikle bir lastik tabakasına benzetiyorlar. Bu da, genel görelilik teorisini geliştirirken, yerçekimi kuvvetinin uzay-zaman dokusundaki eğrilerden kaynaklandığını fark eden Einstein'dan geliyor.
Dünya, güneş veya sizin gibi büyük nesneler, uzay-zaman içinde bükülmesine neden olan çarpıklıklar yaratır. Bu eğriler, sırayla, evrendeki her şeyin hareket ettiği yolları daraltır, çünkü nesneler bu çarpık eğrilik boyunca yolları takip etmek zorundadır. Yerçekimi nedeniyle hareket aslında uzay-zamanın dönüşleri ve hareketleri boyunca harekettir.
Gravity Probe B (GP-B) adı verilen bir NASA misyonu, 2011 yılında Dünya çevresindeki uzay-zaman girdabının şeklini ölçtü ve Einstein'ın tahminleriyle yakından uyumlu olduğunu buldu.
Ancak bunların çoğu, çoğu insanın kafalarını sarması zor olmaya devam ediyor. Uzay zamanını bir kauçuğa benzer olarak tartışabilmemize rağmen, analoji nihayetinde çöküyor. Bir lastik örtü iki boyutlu, uzay-zaman dört boyutludur. Tablonun temsil ettiği sadece uzaydaki çözgü değil, aynı zamanda zaman içinde de çözgüdür. Tüm bunları açıklamak için kullanılan karmaşık denklemler fizikçilerin bile çalışabilmesi için zordur.
Astrofizikçi Paul Sutter, Live Ein'in kardeş sitesi Space.com için "Einstein güzel bir makine yaptı, ama bize bir kullanım kılavuzu bırakmadı." "Sadece noktayı eve götürmek için, genel görelilik o kadar karmaşıktır ki, birisi denklemlere bir çözüm bulduğunda, onlardan çözüm alır ve kendi başlarına yarı efsane olur."
Bilim adamları hala bilmiyorlar
Karmaşıklığına rağmen, görelilik, bildiğimiz fiziksel fenomenleri açıklamanın en iyi yolu olmaya devam ediyor. Yine de bilim adamları modellerinin eksik olduğunu biliyorlar, çünkü görelilik hala atom altı parçacıkların özelliklerini aşırı hassasiyetle açıklayan, ancak yerçekimi kuvvetini içermeyen kuantum mekaniği ile tamamen uzlaştırılamıyor.
Kuantum mekaniği, evreni oluşturan küçük bitlerin ayrık veya nicelikli olmasına dayanır. Yani fotonlar, ışığı oluşturan parçacıklar, farklı paketler halinde gelen küçük ışık parçaları gibidirler.
Bazı teorisyenler, belki de uzay-zamanın kendisinin de göreceli ve kuantum mekaniğini köprülemeye yardımcı olan bu nicelikli parçalarda bulunduğunu düşünüyorlar. Avrupa Uzay Ajansı'ndaki araştırmacılar, gezegenimizin etrafında uçacak ve gama ışını patlamaları adı verilen uzak, güçlü patlamaların ultra hassas ölçümlerini yapacak olan Uzay-Zamanın Kuantum Keşfi için Uluslararası Gamma-ray Astronomi Laboratuvarı (GrailQuest) görevini önerdiler. uzay-zamanın yakın doğasını açığa çıkarabilirdi.
Böyle bir görev en az on buçuk yıl boyunca başlamazdı, ama eğer öyleyse, belki de fizikte kalan en büyük gizemlerin bazılarının çözülmesine yardımcı olacaktır.
