Cómo explicar (pedagógicamente) ¿por qué existe el espacio-tiempo de 4 dimensiones, mientras que sólo vemos las 3 dimensiones espaciales?

Question

Me han hecho esta pregunta por parte de un estudiante, pero yo era capaz y al mismo tiempo incapaz de dar una buena respuesta para esto, sin ecuaciones, así que usted tiene ideas de cómo se puede explicar esto de una forma sencilla?

(Respuestas como podemos tomar el tiempo como imaginario, o de nuestro espacio es en realidad pseudo-Euclídea va a ser difícil de entender para los nuevos estudiantes.)

Tenga en cuenta que el problema está no en la visualización de la 4ª dimensión, que es una cosa fácil de explicar. El problema está más relacionado con el por qué estamos en 3D que se mueve a lo largo de 1D dimensión de tiempo? En geometría Diferencial esta interpretado por haces de fibras, pero ¿cómo explicar que de costumbre estudiante.

Answer 1

Vemos a la cuarta dimensión.

La diferencia entre las tres dimensiones y los cuatro dimensiones es la diferencia entre un (2d) de la imagen instantánea y un ("2d+t") de vídeo.

Answer 2

Para quedar bien enlazado a la física, me sugieren para explicar el concepto de evento, para señalar que si queremos identificar algo que sucede en nuestro universo, necesitamos localizar en el espacio y el tiempo.

Ahora, la definición de "número de dimensiones" es, aproximadamente, la cantidad de números que usted necesita para identificar un elemento del espacio vectorial). En este caso, es claro que usted necesita 3 coordenadas espaciales, además de "cuando".

Answer 3

Tenga en cuenta que el problema no está en la visualización de la 4ª dimensión, que es una cosa fácil de explicar. El problema más relacionado con la razón, estamos en 3D que se mueve a lo largo de 1D dimensión de tiempo?

Usted no puede evitar definir el tiempo en términos de cambio. De la misma manera que si no hay cambios (dx/dy, etc) en un terreno en el mapa sería totalmente uniforme y sin interés, si el terreno no cambie en el tiempo, el tiempo sería uniforme y indefinible. Repetitivo cambios nos permiten definir el tiempo ( no hay necesidad de ir a la entropía, el sistema solar, día/noche, etc son suficientes ) y el reloj es/ medir.

Proyectos de tiempo en las 3 dimensiones del mundo. Estratos geológicos ( y muchos otros proxies) asignar a cada (x,y,z) de un valor de tiempo en el eje de t. Así el tiempo puede ser proyectado a (x,y,z).En una manera similar dimensiones del espacio del proyecto en el tiempo. El tiempo que toma a pie de la estación tiene correspondencia uno a uno con la distancia en kilómetros.

Así que el tiempo es una dimensión necesaria para describir los cambios que se ven en tres dimensiones, de una manera similar a una tercera dimensión de espacio que se necesita para describir las proyecciones de una esfera a dos dimensiones.

La entropía debe venir para una definición clásica de la flecha del tiempo y la no reversibilidad. Un áspero debate sobre el trastorno, el vidrio roto no se puede reparar, etc les debería de dar el concepto.

Por lo tanto, incluso sin la teoría especial de la relatividad del tiempo puede ser pensado como otra dimensión, ya que los proyectos en el espacio. Entonces, uno puede ir a la relatividad especial como a sorprender con los diferentes tipo de dimensión ( pseudo euclidiana) resulta ser ,a partir de experimentos.

p.s. con este punto de vista de cómo el tiempo se define en nuestra experiencia también podemos con seguridad decir que no es sólo una dimensión de tiempo. Si hay dos dimensiones de tiempo de la dependencia funcional de los cambios en el espacio de tres dimensiones sería complicado. Sería un a una proyección similar a la proyección de un espacio de tres dimensiones del objeto a un espacio de dimensión.

Answer 4

Algunas buenas ideas que se han expresado aquí. Mi opinión sobre esto es la siguiente:

Imagina que tienes una pistola láser y envía un pulso de láser hacia afuera en el espacio exterior, el envío de una imagen por ahí. El láser de pulso viaja a la velocidad de la luz. Ahora vamos a la hora de la viga para una longitud de tiempo $\delta t$. Hay alguna distancia que corresponde a este tiempo y es $c\delta t$ donde c es la velocidad de la luz. Esta $c\delta t$ es la cuarta dimensión en el 4-D espacio de Minkowski, correspondiente a ese corto tiempo $\delta t$. Nos dice cómo de lejos la imagen ha viajado dentro de este corto de tiempo. Por lo que es la velocidad de la luz que genera la cuarta dimensión, y también da la longitud llamamos a la cuarta dimensión. Por lo tanto, la cuarta dimensión se inicia en nuestro reloj y $c\delta t$ es la longitud de la misma en el tiempo $\delta t$. Tiene sentido sólo en el contexto de la velocidad de la luz. Este es el punto del espacio-tiempo de la relatividad especial. Esto es lo que significa cuando decimos que un objeto es " muchos años luz de distancia. En cierto modo, esta es la distancia que la imagen de un objeto está lejos (en una galaxia por ejemplo) en la cuarta dimensión. La representación matemática de esto ha sido escrito en los Leos Ondra respuesta. Espero que esto ayude un poco.

Answer 5

He aquí un intento de no-matemáticos (y heterodoxo) respuesta:

1) podemos ver en las tres dimensiones espaciales debido a que la luz viaja a través de ellos, reflexionando a partir de los objetos que nos rodean y, finalmente, llegar a su ojo.

2) Todo lo que (incl. luz) viaja "hacia adelante" a través de la dimensión de tiempo (es decir, es capaz de moverse en una sola dirección, y no puede moverse hacia atrás y adelante).

3) la Luz es, por tanto, no es capaz de reflejar "volver" de un objeto en el ojo a través de la dimensión de tiempo.

Experimento: tome una dimensión espacial, pero todo se está moviendo en una dirección a la velocidad de la luz. Te gustaría ser capaz de ver lo que está justo al lado de usted?