¿El tejido del espacio-tiempo?

Question

No soy en absoluto un académico, simplemente alguien interesado en la historia que es nuestro universo. Así que mis disculpas si esta no es una consulta bien pensada.

He estado luchando con un concepto durante algún tiempo (que probablemente sea rudimentario) que ni siquiera puedo articular en las palabras correctas para saber por dónde empezar una búsqueda en Google, así que pensé en probar esta plataforma.

Estoy tratando de envolver mi mente alrededor del tejido del espacio. Puedo entender el efecto de una masa como nuestro Sol y su influencia gravitacional en el tejido del espacio, y cómo los planetas caen en depresiones orbitando esa masa. Pero mi pregunta es, ¿todas las masas en el universo están encima de ese "tejido"? Esencialmente, estoy preguntando si el tejido del espacio abarca todo en el universo, ¿está en todos los puntos Norte, Este, Sur, Oeste, arriba, abajo, en medio, o simplemente es una llanura horizontal en la que todas las masas residen? Sé que el espacio-tiempo se retuerce en relación con una masa, ¿es manipulado el espacio-tiempo de la misma manera arriba de la Tierra y el Sol que por debajo?

No estoy seguro de si estoy formulando correctamente esta pregunta, pero cualquier visión que pueda proporcionar sería beneficiosa.

Answer 1

La analogía de la lámina de goma, y todas las imágenes que la acompañan, han confundido a muchas personas (incluyéndome a mí) y por lo tanto ahora debo pedirte que borres completamente ese pensamiento de tu cabeza. Sin lámina.

En su lugar, imagínalo como una serie de cuadrículas, como hojas de papel cuadriculado, espaciadas de manera que sean paralelas entre sí, yendo en cada dirección hacia el infinito. Y ahora, imagina otro conjunto, perpendicular al primero. Si esto es un poco difícil de imaginar (lo cual lo es, esto es muy abstracto) podrías intentar imaginar el sistema de coordenadas cartesianas en 3 dimensiones y colocar las líneas de la cuadrícula. Ahora, ponemos objetos. Antes de continuar, recuerda, esto se extiende infinitamente en TODAS direcciones - arriba, abajo, izquierda, derecha, hacia adelante, hacia atrás (o lo que sea que pase por estas direcciones).

Coloca un objeto, digamos un planeta como la Tierra, en estas cuadrículas. Haz que las cuadrículas "se acerquen" a la Tierra, de modo que la Tierra esté "absorbiendo" la cuadrícula a su alrededor, y atrayendo otros objetos cercanos enredados en la cuadrícula hacia ella. Este es un universo tridimensional. Pero hay cuatro dimensiones...también existe el tiempo. No podemos visualizar cuatro dimensiones, excepto matemáticamente, como dijo Countto10, así que simplemente ten esto en cuenta en lugar de intentar agregar esto a tu imagen mental.

Entonces, para responder más explícitamente a tu pregunta, el espacio-tiempo está en todas partes - no hay nada fuera del espacio-tiempo, y solo hay objetos dentro de él. Estos doblan y retuercen el espacio-tiempo, afectando así a otros objetos.

Espero que esto ayude; estaría encantado de aclarar más si es necesario.

Answer 2

El TEJIDO DEL espacio-TIEMPO

Lo que hace la pregunta y el concepto significa?

No es una cuestión científica, no existe tal término como la tela en la física. Más bien, es un genérico conceptual pregunta que significa un par de cosas:

1) la GRAVEDAD CUÁNTICA: ¿Cuál es su estructura microscópica?: ¿qué es el espacio-tiempo? ¿Qué es la estructura fina, como si se veía de cerca, como una superficie, una tela? ¿Qué es lo que está entretejido que la hace ser lo que es?

2) la GRAVITACIÓN: de Lo que es la dinámica?: ¿Cómo se comportan y por qué? ¿Cuáles son sus misterios y de manera extraña por la que vemos los objetos en movimiento y cambiando?

2) la COSMOLOGÍA: ¿Qué es la estructura a gran escala?: ¿Cómo se ve en los grandes, a partir de una distancia? Lo que lo hace ser algo más que un lienzo en blanco en el que la materia y la energía viajar e interactuar?

El término de la tela tiende a ser inspirado por la primera pregunta: ¿cómo se ve cuando se mira de cerca?. Pero si se tira lejos de ver la fina tela, puede ver la astrofísica régimen de estrellas, galaxias y cúmulos, y como se puede ver desde más lejos de ver el universo en sus escalas más grandes. También puede preguntarse si hay más universos. Todos estos tienen que jugar en cada uno de los otros, por lo que deben estar relacionados. En este punto, en nuestra comprensión de la física del espacio-tiempo, sabemos mejor cómo intentar responder a las preguntas 2 y 3. Estos pueden ser para la mayor parte (pero no completamente), explicada por la Relatividad General (RG), el cual explica la Gravitación, y la más o menos conocidas de la física de la mecánica clásica, electromagnetismo y termodinámica, junto con la física moderna de la mecánica cuántica (QM), la teoría cuántica de campos (QFT), y el Modelo Estándar (SM) de la física de partículas, que en conjunto explican los átomos, electrones, protones, neutrones, fotones y otras partículas elementales.

La primera pregunta, sobre el espacio-tiempo en el pequeño es más difícil, no tenemos datos reales acerca de la gravedad a distancias más pequeñas que tal vez alrededor de 1/10 de milímetro, donde la gravitación Newtoniana parece que todavía espera. Y no han sido capaces de explorar aún más pequeño distancias que requieren energías mucho mayores (algunos piensan que tal vez no mucho más, si hay más dimensiones de ciertos tamaños) de lo que podemos producir en el LHC, nuestro más poderoso acelerador de partículas.

Así que, realmente, es una gran pregunta. La forma más fácil para conseguir un agarre es simplemente traer en lo que sabemos. Que es parte de la respuesta a las preguntas 2 y 3. Es más especulativa, y extraña, para la pregunta 1.

Una buena referencia para el espacio-tiempo está en la wiki enlace aquí

Como Heather describió en su respuesta, el espacio-tiempo es como que 2 dimensiones de la tela vemos doblados o deformados en muchos de los más populares descripciones, como la de la figura siguiente, excepto que es de 4 dimensiones-bueno, ella deja claro que es muy diferente. Es por eso que ella dice para tratar de borrar esa imagen de su mente, es el 4 dimensiones que la hace real y verdadero. La hoja no se dobla hacia abajo por debajo de la tierra, en realidad, la tierra reside en que en 4 dimensiones espacio-tiempo, y en realidad se mueve a través de él, tanto en las dimensiones de espacio, y que evoluciona hacia el futuro a medida que pasa el tiempo. En 4D vemos su tiempo de historia de la misma, su llamado worldline. No podemos dibujar en 4D, pero nos puede ignorar una de las dimensiones espaciales, y dibujar un diagrama de espacio-tiempo en 3D, como en la siguiente figura se muestra.

La tierra no en el hecho de deformar las 4 dimensiones de espacio-tiempo. La siguiente figura ayuda un poco a visualizar las trayectorias de los rayos de luz y ver su deflexión debida a la gravitación.

Pero como Heather dijo, es realmente 4D, y es difícil de visualizar. Y como Countto10 dice, puede ser bastante complicado.

Entonces, ¿QUÉ ES la GRAVEDAD, como se describe por la RELATIVIDAD GENERAL?

Es el espacio-tiempo 4D, junto con las ecuaciones que relacionan la geometría del espacio-tiempo a la distribución de la materia-energía en el espacio-tiempo. Es una ecuación como,

que determina (parcialmente, algunos de los primeros o las condiciones de contorno o simetrías que definen el contexto son necesarios para obtener una solución única) de la geometría del espacio-tiempo. Desde el se puede resolver para la métrica, $g_{\mu\nu}$, que define la geometría (la R de los términos en el lado izquierdo son funciones de la métrica y sus derivados hasta el segundo orden). Para esto se obtiene todas las soluciones como los Agujeros Negros, las ondas gravitacionales, y de las órbitas de los planetas y las estrellas.

Pero, ¿QUÉ hay DE LA MÁS EMOCIONANTE Y EXTRAVAGANTES IMÁGENES COMO EL UNIVERSO en EXPANSIÓN Y los agujeros de GUSANO que CONECTA las DIFERENTES PARTES DEL espacio-TIEMPO?

Bueno, sí, por lo que tenemos que hacer más trabajo. TENEMOS para resolver las ecuaciones que describen la evolución del universo (con la ayuda también de las ecuaciones de la materia-energía en el lado derecho). Y esto es hecho, y los resultados en el Lambda-CDM concordancia modelo, con el universo en expansión y como ahora la conocemos se está acelerando, y el Fondo Cósmico de Microondas, que viene de cuando la radiación se suelta de 380.000 años después del Big Bang. Véase, por que la cronología del universo en el artículo de wiki aquí

Como para los agujeros de gusano, son hipotéticas estructuras de espacio-tiempo que permite la conexión de una región del espacio-tiempo con otro muy lejos. No los han visto, son teóricamente poco probable, pero posible si tuviéramos exótico material (masa negativa , otras posibilidades), también que no se ve. Véase el agujero de gusano en el artículo de wiki en https://en.m.wikipedia.org/wiki/Wormhole

Y LO DE EL QUANTUM de la IMAGEN DE la TELA DE LA PEQUEÑA, LA VISTA MICROSCÓPICA?

Bueno, es más especulativa, puesto que todavía no han aceptado la teoría de la gravedad a distancias muy pequeñas y muy altas energías. Dos de las más citadas teorías son la teoría de cuerdas y la cuántica de bucles teoría. De una manera u otra nos lleva a una alta dinámica de alta energía submicroscópicas el espacio-tiempo, de propagación y de cambiar, y de alguna manera haciendo lo vemos como el espacio-tiempo ahora a emerger. Ver .

Otro factor que entra y posiblemente aún en el juego es de múltiples dimensiones, con tal vez 6 realmente compacta dimensiones en cada espacio-tiempo 4D punto, tales como la Calibi Yau colector .

Hay otras variaciones con grandes dimensiones superiores espacio-tiempo de las membranas. Ver Cadena de la Cosmología aquí

¿CUÁL ES EL TEJIDO DEL ESPACIO-TIEMPO?

Es un desconocido combinación de estos y algunos otros. Todavía estamos tratando de averiguar.

La figura y el Enlace de las Referencias: https://en.wikipedia.org/wiki/Spacetime https://i.stack.imgur.com/2fthm.png https://i.stack.imgur.com/GmLd2.png https://i.stack.imgur.com/pYYeY.gif https://i.stack.imgur.com/9MjYs.png https://en.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe https://i.stack.imgur.com/lD8Sk.png https://i.stack.imgur.com/HNvwF.png https://en.wikipedia.org/wiki/String_cosmology

Answer 3

Para visualizar mejor la relatividad general primero necesitas desechar el concepto común llamado "la fuerza" de la gravedad. La RG no se basa en una fuerza atractiva entre la Tierra y el Sol.

Ahora, si quieres explicar por qué estamos orbitando alrededor del Sol, traes la teoría de la relatividad general. Dice que el espacio-tiempo está curvado alrededor del Sol. Así que no hay otra forma para que la Tierra se mueva cerca del Sol que orbitando incluso cuando está libre y no hay fuerza sobre ella. Esto es porque el espacio está curvado. Además, si estás mucho más cerca del Sol, el patrón de órbita no está fijo en el tiempo. Cambia y evoluciona porque el tiempo también está curvado. Y las personas más cerca del Sol no están de acuerdo contigo sentado en la Tierra sobre el paso del tiempo con respecto a una serie de eventos porque tienen su propio reloj diferente. Aún así, tú y ellos estarían de acuerdo si midieran el mismo evento en términos de espacio-tiempo.

Ahora imagina que estás lejos del Sol. El espacio-tiempo no está tan curvado. La Tierra habría seguido moviéndose en línea recta para siempre porque el espacio-tiempo es plano.

También imagina que estás interesado en el movimiento de la Tierra sobre distancias muy cortas en el espacio-tiempo, incluso cerca del Sol. Una vez más, el espacio-tiempo no está tan curvado. Puedes aproximar con una línea recta fija en el espacio-tiempo.

La Relatividad General no debería ser difícil de aprender incluso con niveles involucrados de matemáticas. Se trata de tener una fórmula única que relaciona la dinámica de la masa-energía con la geometría del espacio-tiempo. Esta fórmula sigue siendo espectacularmente válida incluso si juegas con innumerables combinaciones o variaciones de coordenadas en el espacio-tiempo. Algunas de las combinaciones de coordenadas, sin embargo, son mucho más simples de dibujar y de darles sentido en cuatro dimensiones.

Cuando se aplica a todo el universo, te da ideas claras sobre el pasado, las épocas que han pasado, y por supuesto las evoluciones futuras plausibles del universo. En particular, te ayuda a imaginar si el universo continuará expandiéndose, contrayéndose, oscilando indefinidamente, o si podría haber otros universos cercanos en escalas gigantescas de espacio-tiempo.

Answer 4

Siempre he tenido un gran problema con las personas que describen la gravedad en estos términos.

Incluso si no tiene en cuenta el 4D, también utiliza la gravedad para explicar la gravedad. Básicamente dice que cuanto mayor sea la masa, más profundidad caerá en la tela. Pero para que otros objetos se aceleren hacia esas masas, se requiere que la gravedad los esté atrayendo hacia abajo. Por lo tanto, esta descripción es una de las peores que he visto.

Nunca expliques una cosa usando la misma cosa que estás explicando. Es como decir que un coche es rojo porque el color rojo se ve rojo.

Answer 5

Leí a través de los posibles duplicados, pero no pude ver una respuesta que pueda estar seguro que te gustaría.

Cuando hablas de cosas como "tela", obviamente es una metáfora para el espacio-tiempo, pero desafortunadamente es una metáfora en 3D, ya que no podemos pensar en 4D, excepto cuando calculamos matemáticas, si eso tiene sentido para ti.

Pero mi pregunta es, ¿todas las masas en el universo están encima de esa "tela"? Esencialmente, estoy preguntando si la tela del espacio abarca todo en el universo, ¿está en todos los puntos del Norte, Este, Sur, Oeste, arriba, abajo, en medio, o simplemente un plano horizontal donde todas las masas residen? Sé que el espacio-tiempo se retuerce en relación a una masa, ¿se manipula el espacio-tiempo de la misma manera sobre la Tierra y el Sol que debajo?

Te pediría que pienses en lo que has escrito, todo está redactado en términos en 3D. También te pediría que finjas que nunca has visto ninguna "interpretación artística" del universo, ya que todas son incorrectas o simplificadas hasta el punto de distorsión completa.

En cambio, sigue adelante con tu pregunta hasta su conclusión lógica. ¿Cómo imaginas que es el universo a gran escala, o dónde termina la "tela"? Cualquier imagen que tengas de espacio curvado, una esfera gigante o una forma toroidal se basa en la única experiencia que todos tenemos, la del espacio tridimensional. Así que eso no te llevará muy lejos, ya que te preguntarás qué hay "fuera" de esta forma.

Mi sugerencia es que pienses en el espacio como una idea basada en la distancia, pero solo para distancias cortas, relativamente cortas, es decir, de la Tierra a Betelgeuse, la idea de espacio como distancia estará bien.

En una escala universal, podrías considerar el espacio-tiempo no como un "objeto/tela", sino como una forma de describir cómo se relacionan los objetos en el universo, tanto en el espacio como en el tiempo. Esta idea es muy abstracta, lo admito, ¿pero dime alguna parte de la física moderna que no lo sea?

Hace 150 años, la energía no se veía en términos discretos, pero ahora sabemos que lo es, aunque no tenemos idea de por qué (al menos yo personalmente no).

Mi punto es que, a pequeña escala, tuvimos que redefinir nuestra palabra energía, y a gran escala, es posible que necesitemos redefinir nuestro concepto de espacio tiempo de términos de distancia a términos de relación.