Quand on parle de la physique, il y a plusieurs concepts que la plupart des gens ont peut-être entendu parler, comme le chat de Schrödinger, paradoxe des jumeaux et E = mc². Mais même ces concepts ont été autour depuis plus d'un siècle, la relativité générale - la plus grande réussite d'Einstein - pour beaucoup de gens (du public aux premier, deuxième et), il est encore très mystérieux.
Aujourd'hui, notre sujet est de savoir comment utiliser les non-professionnels peuvent comprendre la façon d'interprétation de la relativité générale métrique .
Avant d'expliquer ce « métrique », nous devons parler dès le début avec les bases.
Au niveau le plus élémentaire, toutes choses sont composées de quantum. Quantum est également capable d'interaction entre les propriétés physiques de la masse, la charge, et d'autres quantique de mouvement physique. Selon manière look, une particule peut être une onde quantique ou quoi que ce soit entre l'état. Deux ou plusieurs quantique peuvent être combinés ensemble pour construire des structures plus complexes, telles que des protons, des atomes, des molécules ou humaine.
La mécanique quantique est une théorie relativement jeune, il construit au 20ème siècle, alors que l'univers est construit par une entité indivisible peut être retracée il y a deux mille ans.
Mais si l'univers est ce qui constitue ces choses fondamentales que nous devons avoir une scène pour les faire interagir.
gravitation Newton Einstein remplacé par la théorie générale de la relativité restreinte. (Source: Wikimedia Commons utilisateur Dennis Nilsson)
Dans l'univers de Newton, la scène est un espace plat, vide et absolu. L'espace lui-même est une entité fixe, un peu comme un maillage cartésien: une structure à trois dimensions ayant des axes x, y et z. Le temps est toujours au même rythme passe, il est aussi absolue. Pour tout observateur, les particules de partout, ou de l'expérience d'onde quantique du temps et de l'espace, il est exactement le même.
Mais à la fin du 19ème siècle, les scientifiques ont graduellement réalisé que le concept de Newton a des défauts. A particules mobiles fixes ou lents, une proximité de particules à la vitesse de la lumière au moment de l'expérience (il va gonfler) et par rapport à l'espace (ce qui va diminuer) est très différente. L'énergie et l'impulsion d'une particule dépend de la trame de référence, des moyens que l'espace et le temps ne sont plus valeur absolue. Vous rencontrez l'univers dépend de la façon dont vous exercez.
une « horloge lumière », en raison de la vitesse de la lumière est constante, le mouvement du temps d'horloge lumière passe plus lentement. (Source: John D.Norton)
Tel est le concept de la théorie de la relativité d'Einstein: Certaines choses sont les mêmes, telles que des particules de masse au repos ou la vitesse de la lumière, mais l'autre varie avec la façon dont les mouvements dans l'espace et le changement de temps. En 1907, professeur d'Einstein l'espace Minkowski et le temps ensemble dans l'unité, qui est, Le temps et l'espace (Min peut être appelé Minkowski), ceci est une énorme percée. Dans ce cadre, la théorie de la relativité restreinte peut être exprimée de manière plus concise de. l'espace-temps de Minkowski min peut fournir une arène où faire le mouvement des particules, et le rôle des autres particules. Toutefois, il ne comprend pas la gravité.
théorie du champ quantique est une théorie de la mécanique quantique et la combinaison physique de la relativité restreinte. Calcul de la théorie du champ quantique est habituellement réalisée dans un espace plat, mais comprend un espace courbe relativité générale. La théorie quantique des champs est beaucoup plus complexe dans le calcul de l'espace-temps courbe. (Source: SLAC)
S'il n'y a pas une telle chose que la gravité, l'espace-temps Min Minkowski peut nous pouvons faire tout ce que nous avons besoin. Le temps et l'espace sera très simple, ne se plient pas, en fournissant une simple question de faire la scène dans laquelle le mouvement et l'action. La seule façon d'obtenir ce rôle et accéléré par d'autres particules.
La réalité est que, dans notre univers, la gravité est la réalité existe. Le principe d'équivalence d'Einstein nous dit que si vous ne pouvez pas voir ce que vous fait accélérez, la gravité et l'accélération sont équivalentes!
équivalence principe: l'accélération d'une fusée, une petite goutte rouge se comporte de balle exactement les mêmes que sur la Terre. (Source: Wikimedia Commons utilisateur Markus Poessel)
Il a été inspiré par l'idée d'Einstein, couplé avec le concept d'espace-temps de Minkowski, seule la théorie générale de la relativité. La principale différence entre MIN et peut temporelle apparaître la Relativité Restreinte Minkowski espace courbe est que, dans la relativité générale tenseur métrique Ce concept, qui est parfois aussi appelé Einstein tenseur métrique ou la métrique de Riemann.
Riemann est un mathématicien pur, il est l'élève de Gauss, est l'un des plus grands mathématiciens. Einstein est né avant qu'il ne crée la géométrie de l'espace courbe peut avoir une courbure différente - la géométrie différentielle. Pour vraiment comprendre la complexité des travaux de Riemann Einstein a passé beaucoup de temps, mais les mathématiques maître, finalement établi sa théorie de la relativité générale: il décrit l'espace en trois dimensions et une dimension temporelle de l'univers, et comprend la gravité.
John Wheeler: "l'espace dit importe comment se déplacer, l'espace-temps indique importe comment plier." (Source: LIGO / T Pyle.)
tenseur métrique définit la façon dont l'espace-temps lui-même est incurvée. Cela dépend de la présence d'une substance dans celle-ci et à la flexion d'énergie;-à-dire, le contenu de l'univers de l'espace courbe est définie. De même, comment l'espace et le temps sont incurvés nous dire comment la matière et de l'énergie se déplaceront.
Nous avons tendance à croire qu'un objet en mouvement demeurera en mouvement, ce qui est la première loi de Newton, nous mettons le concept en une ligne droite. Mais l'espace courbe nous dit est que l'objet le long géodésique Mouvement par rapport au mouvement non accéléré de l'observateur, il est une ligne courbe. Bien que géodésique pas nécessairement une ligne droite, mais il est la plus courte distance entre deux points. Nous sur le phénomène de l'univers aussi vu ce phénomène d'objets massifs plier l'espace-temps sera quand il est temps de passer par la lumière de fond sera plié, donc nous allons voir plus d'images d'un objet (peut être étendu à lire « l'univers juste à quelle vitesse la vitesse de description « dans).
galaxies lointaines fond de lumière émis lors du passage à proximité galaxies loin de nous, la lumière sera pliée, ce qui nous amènerait à voir plusieurs images. (Source: ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.)
Physiquement, le tenseur métrique de la relativité générale a plusieurs parties différentes, un total de 16 composants. La gravité est causée par la masse: plus la masse de l'objet, l'espace courbe plus intense, plus l'attraction. En relativité générale, ce qui correspond à la densité de masse, il ne contribue, mais seulement 16 d'un composant! Il y a une certaine pression (telle que la pression de radiation, la pression du vide ou de la pression provoquée par un mouvement rapide) contribue également à un total de trois composants. Enfin, il y a six autres composants nous dit en présence des forces de marée et de la qualité, et la façon de modifier le volume de la déformation, ainsi que la forme d'un objet en mouvement est déformé comment ces forces. Des planètes (comme la Terre) à l'étoile à neutrons, puis rayonnement gravitationnel dans la propagation de l'espace, qui sont applicables.
déplacement d'un objet dans l'espace et le temps, peuvent entraîner des ondes gravitationnelles de rayonnement: ondulations espace lui-même. Ces ondulations mathématiquement codées dans le tenseur métrique. (Source :. ESO / L Calçada)
Vous avez peut-être remarqué que 1 + 3 + 6 16, mais 10, ce qui prouve que vous êtes sérieux au sujet de la lecture de cet article! tenseur métrique avec un 4 x 4 = 16 du composant, mais il est symétrique, ce qui signifie que seulement quatre composantes diagonales du volume de la partie déformable composant « diagonale » (densité de groupement et de pression), et la non-6 (/ ) sont indépendants. Les six autres sont tirés de la symétrie. Metric nous dit que la relation entre l'univers de flexion toute matière / énergie et le temps et l'espace. En fait, la capacité unique de la relativité générale est que si nous pouvons savoir que toute la matière / énergie dans l'univers où le passé, et il est en train de faire à un moment donné, vous pouvez calculer toute l'évolution de l'univers, y compris le passé, le présent et l'avenir.
Le meilleur des quatre sort possible de de l'univers, la dernière en ligne avec les données d'observation existantes: la règle de l'univers est l'énergie sombre. (Source: E.Siegel)
Et c'est le début de la cosmologie. Chaque jour, nous parlons de l'univers en expansion, le Big Bang et l'énergie sombre, sont dérivés basé sur le cadre de la relativité générale, ce qui signifie que nous devons comprendre une relation importante: la relation entre la matière / énergie et le temps et l'espace.
L'univers est comme un scénario. Dans ce jeu, les différents rôles joués par les différentes particules (telles que le rôle de Higgs boson est de donner la qualité des particules élémentaires), chaque scène est développée par l'interaction entre les particules. Et tout cela se déroule sur une scène, qui est, le temps et l'espace. S'il y a une chose que vous devez garder à l'esprit que cette étape n'est pas un fond constant, mais poursuivre l'évolution de l'univers.
