Không-thời Gian – Wikipedia Tiếng Việt

Một phần của loạt bài
Không–thời gian
Thuyết tương đối hẹp Thuyết tương đối rộng
Khái niệm Không–thời gian Đa tạp không–thời gian Nguyên lý tương đương Phép biến đổi Lorentz Không gian Minkowski
Thuyết tương đối rộng Giới thiệu thuyết tương đối rộng Toán học của thuyết tương đối rộng Phương trình trường Einstein
Thuyết hấp dẫn cổ điển Tương tác hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton
Toán học liên quan Vectơ-4 Đạo hàm Lorentz Giản đồ Minkowski Hình học vi phân Không–thời gian cong Toán học của thuyết tương đối rộng Tô pô không–thời gian
Cổng thông tin Vật lý  Thể loại
x t s

Thuyết tương đối hẹp
Nguyên lý tương đối Thuyết tương đối Thuyết tương đối hẹp Thuyết tương đối hẹp bất biến de Sitter Thuyết tương đối rộng
Nền tảng Tính đồng thời Thuyết tương đối của sự đồng thời Chuyển động tương đối Hệ quy chiếu Hệ quy chiếu quán tính Hệ quy chiếu nghỉ Hệ quy chiếu khôi tâm động lượng Tốc độ ánh sáng Phương trình Maxwell Phép biến đổi Lorentz
Hệ quả Thời gian giãn nở Sự giãn nở thời gian hấp dẫn Khối lượng tương đối Sự tương đương khối lượng–năng lượng Co ngắn chiều dài Sự tương đối của đồng thời Hiệu ứng Doppler tương đối Tiến động Thomas Đĩa tương đối Nghịch lí tàu không gian Bell Nghịch lí Ehrenfest
Không–thời gian Không gian Minkowski Đường vũ trụ Biểu đồ không thời Nón ánh sáng
Động lực học Thời gian riêng Khối lượng bất biến Đại lượng vô hướng Lorentz 4-momentum
Lịch sử Nguyên lý tương đối Galileo Biến đổi Galileo Thuyết Aether
Nhà nghiên cứu Einstein Sommerfeld Michelson Morley FitzGerald Herglotz Lorentz Poincaré Minkowski Fizeau Abraham Born Planck von Laue Ehrenfest Tolman Dirac
Các công thức kháccủa thuyết tương đối hẹp
x t s

Thuyết tương đối rộng
G μ ν + Λ g μ ν = 8 π G c 4 T μ ν {\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}
Dẫn nhập · Lịch sử · Nguyên lý toán họcKiểm chứng
Khái niệm cơ sởThuyết tương đối hẹpNguyên lý tương đươngTuyến thế giới · Hình học Riemann
Hiệu ứng và hệ quảBài toán Kepler · Thấu kính · SóngKéo hệ quy chiếu · Hiệu ứng trắc địaChân trời sự kiện · Điểm kì dị Lỗ đen
Phương trìnhTuyến tính hóa hấp dẫnHình thức hậu NewtonPhương trình trường EinsteinPhương trình đường trắc địaPhương trình FriedmannHình thức luận ADMHình thức luận BSSNPhương trình Hamilton–Jacobi–Einstein
Lý thuyết phát triểnKaluza–KleinHấp dẫn lượng tử
Các nghiệmSchwarzschild Reissner–Nordström · GödelKerr · Kerr–NewmanKasner · Taub-NUT · Milne · Robertson–WalkerSóng-pp ·
Nhà vật lýEinstein · Lorentz · Hilbert · Poincare · Schwarzschild · Sitter · Reissner · Nordström · Weyl · Eddington · Friedman · Milne · Zwicky · Lemaître · Gödel · Wheeler · Robertson · Bardeen · Walker · Kerr · Chandrasekhar · Ehlers · Penrose · Hawking · Taylor · Hulse · Stockum · Taub · Newman · Khâu Thành Đồng · Thornekhác
Không–thời gianKhông gianThời gianĐường cong thời gian đóngLỗ sâu Không thời gian MinkowskiBiểu đồ không thời gian
x t s

Trong vật lý, không–thời gian là một mô hình toán học kết hợp không gian ba chiều và 1 chiều thời gian để trở thành một không gian bốn chiều. Sơ đồ không–thời gian có thể được sử dụng để hình dung các hiệu ứng tương đối tính, chẳng hạn như tại sao những người quan sát khác nhau lại nhận thức khác nhau về địa điểm và thời điểm xảy ra các sự kiện.

Cơ bản

[sửa | sửa mã nguồn]

Định nghĩa

[sửa | sửa mã nguồn]

Cơ học cổ điển phi tương đối coi thời gian như một đại lượng đo lường phổ quát, thống nhất trong toàn bộ không gian và tách biệt khỏi không gian. Cơ học cổ điển giả định rằng thời gian có tốc độ trôi qua không đổi, không phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của người quan sát hoặc bất kỳ yếu tố bên ngoài nào.[1] Hơn nữa, cơ học cổ điển giả định rằng không gian là Euclid; giả định rằng không gian tuân theo hình học của lẽ thường.[2]

Trong bối cảnh của thuyết tương đối hẹp, thời gian không thể tách rời khỏi ba chiều của không gian, bởi vì observed rate khi thời gian trôi qua đối với một vật thể phụ thuộc vào vận tốc của vật thể đó so với người quan sát.[3]:214-217 Thuyết tương đối rộng cũng đưa ra lời giải thích về việc trường hấp dẫn có thể làm chậm thời gian trôi qua của một vật thể như thế nào khi người quan sát ở bên ngoài trường hấp dẫn nhìn thấy.

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 như 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.

Không–thời gian phẳng

[sửa | sửa mã nguồn] Xem thêm: 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 chuyển đổi hệ quy chiếu trong không–thời gian, các thành phần của vectơ-4 được biến đổi theo biến đổi Lorentz. Có một thuộc tính của các vectơ-4 không bị biến đổi bởi biến đổi Lorentz, đó chính là độ lớn của các vectơ-4 này. Điều này tương tự như khi thay đổi hệ quy chiếu trong không gian ba chiều, độ lớn của các 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.

Không–thời gian cong

[sửa | sửa mã nguồn]

Trong lý thuyết tương đối rộng, không–thời gian có thể cong, tuỳ thuộc vào vật chất xung quanh nó. Sự cong của không–thời gian gây ra bởi sự có mặt của vật chất, tóm tắt trong phương trình Einstein. Các không–thời gian cong được đặc trưng bởi tenxơ mêtric của không–thời gian, nghiệm của phương trình Einstein khi cho biết một sự sắp đặt của vật chất.

Một số không–thời 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 không–thời gian quanh hố đen.

Khi không có vật chất, lời giải phương trình Einstein trở về thời không gian phẳng như trong lý thuyết tương đối hẹp.

Sự kiện, vũ trụ tuyến, thời gian riêng và đường trắc địa

[sửa | sửa mã nguồn] Bài chi tiết: Sự kiện, Vũ trụ tuyến, Thời gian riêng, và Đường trắc địa

Trong không–thời 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 không–thời gian, h2, có thể lớn hơn hoặc 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 không–thời 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 lý thuyết tương đối rộng, vật thể chuyển động theo quán tính đi theo đường trắc địa kiểu thời gian.

Xem thêm

[sửa | sửa mã nguồn]

• Hệ quy chiếu
• Hệ toạ độ Descartes
• Không gian nhiều chiều
• Không gian Hilbert
• Hình học phi Euclid
• Lý thuyết tương đối

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]

1. ^ Rynasiewicz, Robert (12 tháng 8 năm 2004). “Newton's Views on Space, Time, and Motion”. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University. Lưu trữ bản gốc ngày 11 tháng 12 năm 2015. Truy cập ngày 24 tháng 3 năm 2017.
2. ^ Davis, Philip J. (2006). Mathematics & Common Sense: A Case of Creative Tension. Wellesley, Massachusetts: A.K. Peters. tr. 86. ISBN 978-1-4398-6432-6.
3. ^ Schutz, Bernard (2004). Gravity from the Ground Up: An Introductory Guide to Gravity and General Relativity (bằng tiếng Anh) . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-45506-5. Lưu trữ bản gốc ngày 17 tháng 1 năm 2023. Truy cập ngày 24 tháng 5 năm 2017.

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn] Wikibooks có một quyển sách tựa đề Special Relativity

• Albert Einstein on space–time 13th edition Encyclopædia Britannica Historical: Albert Einstein's 1926 article
• Encyclopedia of Space–time and gravitation. Scholarpedia Expert articles
• Stanford Encyclopedia of Philosophy: "Space and Time: Inertial Frames" by Robert DiSalle.

Cổng thông tin:

• Vật lý
• Thiên nhiên
• Lịch sử
• Toán học
• Thiên văn học
• Sao

x t s Thuyết tương đối
Thuyếttương đốihẹp	Cơ bản Nguyên lý tương đối  · Giới thiệu thuyết tương đối hẹp  · Thuyết tương đối hẹp  · Lịch sử Cơ sở Chuyển động học Hệ quy chiếu Tốc độ ánh sáng Phương trình Maxwell Công thức Nguyên lý tương đối Galileo Phép biến đổi Galilei Phép biến đổi Lorentz Hệ quả Sự giãn thời gian Khối lượng trong thuyết tương đối hẹp Sự tương đương khối lượng-năng lượng Sự co độ dài Tính tương đối của sự đồng thời Hiệu ứng Doppler tương đối tính Tiến động Thomas Không–thời gian Không thời gian Minkowski Tuyến thế giới Biểu đồ Minkowski Nón ánh sáng
Thuyếttương đốirộng	Cơ bản Giới thiệu thuyết tương đối rộng Phát biểu toán học của thuyết tương đối rộng Thuyết tương đối rộng Lịch sử Khái niệm cơ sở Thuyết tương đối hẹp Nguyên lý tương đương Tuyến thế giới Hình học Riemann Biểu đồ không thời gian Không thời gian trong thuyết tương đối rộng Hiệu ứng Bài toán Kepler trong thuyết tương đối rộng Thấu kính hấp dẫn Sóng hấp dẫn Kéo hệ quy chiếu Hiệu ứng đường trắc địa Chân trời sự kiện Điểm kì dị không-thời gian Lỗ đen Phương trình Tuyến tính hóa hấp dẫn Phương pháp tham số hóa hậu Newton Phương trình trường Einstein Đường trắc địa trong thuyết tương đối rộng Phương trình Friedmann Phương pháp ADM Phương pháp BSSN Phương trình Hamilton–Jacobi–Einstein Lý thuyết phát triển Thuyết Kaluza–Klein Hấp dẫn lượng tử Nghiệm chính xác Mêtric Schwarzschild Mêtric Reissner–Nordström Mêtric GödelMêtric Kerr Mêtric Kerr–Newman Mêtric Kasner Chân không Taub-NUT Mô hình Milne Mêtric Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker Không thời gian pp-sóng Bụi van Stockum
Nhà khoa học	Einstein Lorentz Hilbert Poincaré Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl Eddington Friedmann Milne Zwicky Lemaître Gödel Wheeler Robertson Bardeen Walker Kerr Chandrasekhar Ehlers Penrose Hawking Taylor Hulse Stockum Taub Newman Khâu Thorne Weiss Bondi Misner Những nhà khoa học nghiên cứu thuyết tương đối rộng
Thể loại	Thuyết tương đối

x t s Thời gian
Khái niệm chính	Thời gian · Bất diệt · Tranh luận về bất diệt · Vĩnh sinh Thời gian sâu · Lịch sử · Quá khứ · Hiện tại · Tương lai · Tương lai học
Đo lường và chuẩn	Phép đo thời gian · UTC · Đơn vị đo thời gian  · UT · TAI · Giây · Phút · Giờ · Thời gian thiên văn · Thời gian mặt trời · Múi giờ Đồng hồ · Đồng hồ thiên văn · Lịch sử đồng hồ · Thời gian học · Đồng hồ thiên văn hàng hải · Đồng hồ mặt trời · Đồng hồ nước Lịch · Ngày · Tuần · Tháng · Năm · Năm chí tuyến · Lịch Gregory · Lịch Hồi giáo · Lịch Julius Nhuận · Giây nhuận · Năm nhuận
Niên đại học	Niên đại thiên văn học · Kỷ niên · Biên niên sử · Phương pháp xác định niên đại Niên đại địa chất · Lịch sử địa chất · Phân kỳ · Niên hiệu · Thời gian biểu
Tôn giáo và thần thoại	Thời mơ mộng · Kāla · Thời luân đát-đặc-la · Tiên tri · Các thần thời gian và vận mệnh · Bánh xe thời gian  · Trường sinh bất tử
Triết học	Chuỗi A và chuỗi B · Lý thuyết B về thời gian · Nhân quả · Thuyết nhẫn nại · Vĩnh cửu luân hồi · Thuyết vĩnh cửu · Sự kiện
Khoa học vật lý	Thời gian trong vật lý học · Thời không tuyệt đối · Mũi tên thời gian · Tọa độ thời gianKỷ nguyên Planck · Thời gian Planck · Thời gian riêng · Không–thời gian · Thuyết tương đối Thời gian cong · Thời gian cong do hấp dẫn · Miền thời gian · Đối xứng T
Sinh học	Thời sinh học · Nhịp sinh học
Liên quan	Carpe diem Không gian Không–thời gian Không gian Minkowski Số chỉ nhịp
Thể loại * Hình

x t s Chiều (toán học và vật lý)
Các không gian chiều	Vectơ Euclid Afin Xạ ảnh Mô đun tự do Đa tạp Đa tạp đại số Không–thời gian
Các chiều khác	Chiều Krull Chiều bao phủ Lebesgue Chiều quy nạp Số chiều Hausdorff Chiều Minkowski–Bouligand Chiều Fractal Bậc tự do
Hình dạng và Polytope	Điểm (hình học) Đơn hình Siêu mặt Siêu phẳng Siêu lập phương Siêu cầu Siêu chữ nhật Demihypercube Cross-polytope n-cầu
Khái niệm chiều	Hệ tọa độ Descartes Đại số tuyến tính Hình học đại số Chiều phủ Lesbesgue Krull Fractal Quy nạp Hausdorff Minkowski Bậc tự do Đa vũ trụ
Số chiều	0 chiều 1 chiều 2 chiều 3 chiều 4 chiều Không-thời gian 4 chiều 5 chiều 6 chiều 7 chiều 8 chiều n chiều
Thể loại Hình

x t s Du hành thời gian
Khái niệm	Cơ học lượng tử về du hành thời gian Đường cong thời gian khép kín Lời tiên tri tự hoàn thành Nguyên tắc tự nhất quán của Novikov Phỏng đoán bảo vệ niên đại
Nghịch lý thời gian	Nghịch lý bản thể Nghịch lý ông nội Nghịch lý tiền định
Mốc thời gian song song	Diễn giải nhiều thế giới Đa vũ trụ Lịch sử thay thế Vũ trụ song song (giả tưởng)
Triết học không gian và thời gian	Hiệu ứng bươm bướm Thuyết định mạng Thuyết vĩnh cửu Tiền định Tự do ý chí Tự quyết
Các Không–thời gian trong thuyết tương đối rộngcó thể chứa đường cong thời gian khép kín	Alcubierre metric Lỗ đen BTZ Gödel metric Kerr metric Ống Krasnikov Không gian Misner Hình trụ Tipler Bụi van Stockum Lỗ sâu đi qua được
Huyền thoại về du hành thời gian	Sự kiện Moberly–Jourdain Thí nghiệm Philadelphia Dự án Montauk Chronovisor Billy Meier Rudolph Fentz John Titor

Tiêu đề chuẩn	BNE: XX527285 BNF: cb13319358m (data) GND: 4302626-6 LCCN: sh85125911 NDL: 00574722 NKC: ph128086 SUDOC: 028669657