Ruimtetijd

Ruimte-tijd is een wiskundig model dat ruimte en tijd samenvoegt tot een enkel idee dat een continuüm wordt genoemd. Dit vier-dimensionale continuüm staat bekend als de Minkowski-ruimte.

De combinatie van deze twee ideeën heeft de kosmologie geholpen te begrijpen hoe het heelal werkt op groot niveau (b.v. sterrenstelsels) en op klein niveau (b.v. atomen).

In de niet-relativistische klassieke mechanica is het gebruik van de euclidische ruimte in plaats van de ruimte-tijd een goede zaak, omdat de tijd wordt behandeld als universeel met een constante snelheid van verstrijken die onafhankelijk is van de bewegingstoestand van een waarnemer.

Maar in een relativistisch universum kan tijd niet worden gescheiden van de drie dimensies van de ruimte. Dit komt omdat de snelheid waarmee de tijd verstrijkt afhangt van de snelheid van een voorwerp ten opzichte van de waarnemer. Ook vertraagt de sterkte van een gravitatieveld het verstrijken van de tijd van een voorwerp, gezien door een waarnemer buiten het veld.

Een illustratie van de ruimte-tijd kromming veroorzaakt door de aarde.Zoom
Een illustratie van de ruimte-tijd kromming veroorzaakt door de aarde.

Verdere aspecten

Overal waar materie is, buigt het de geometrie van de ruimtetijd. Dit resulteert in een gekromde vorm van ruimtetijd die kan worden begrepen als zwaartekracht. De witte lijnen op het plaatje rechts stellen het effect van massa op de ruimtetijd voor.

In de klassieke mechanica is het gebruik van de ruimtetijd facultatief, aangezien de tijd onafhankelijk is van de beweging in de drie dimensies van de euclidische ruimte. Wanneer een lichaam echter beweegt met snelheden dicht bij de lichtsnelheid (relativistische snelheden), kan de tijd niet worden gescheiden van de drie dimensies van de ruimte. De tijd, vanuit het standpunt van een stilstaande waarnemer, hangt af van hoe dicht het voorwerp zich bij de lichtsnelheid beweegt.

Tweedimensionale analogie van ruimte-tijd vervormingZoom
Tweedimensionale analogie van ruimte-tijd vervorming

Historische oorsprong

Veel mensen leggen een verband tussen ruimte-tijd en Albert Einstein, die in 1905 de speciale relativiteit voorstelde. Het was echter de leraar van Einstein, Hermann Minkowski, die de ruimte-tijd voorstelde, in een essay uit 1908. Zijn concept van de Minkowski ruimte is de vroegste behandeling van ruimte en tijd als twee aspecten van een verenigd geheel, wat de essentie is van de speciale relativiteit. Hij hoopte dat dit nieuwe idee de speciale relativiteitstheorie zou verduidelijken.

Minkowski ruimtetijd is alleen nauwkeurig in het beschrijven van constante snelheid. Het was echter Einstein die de kromming van de ruimtetijd (zwaartekracht) ontdekte in de algemene relativiteit. In de algemene relativiteit veralgemeende Einstein de Minkowski ruimtetijd om de effecten van versnelling op te nemen. Einstein ontdekte dat de kromming in zijn 4-dimensionale ruimte-tijd voorstelling in feite de oorzaak van de zwaartekracht was.

De dertiende editie van 1926 van de Encyclopedia Britannica bevatte een artikel van Einstein met de titel "ruimte-tijd".

Literaire achtergrond

Edgar Allan Poe schreef een essay over kosmologie onder de titel Eureka (1848) waarin hij zei dat "ruimte en duur één zijn". Dit is het eerste bekende geval waarin wordt gesuggereerd dat ruimte en tijd verschillende percepties zijn van één ding. Poe kwam tot deze conclusie na ongeveer 90 bladzijden redeneren, maar maakte geen gebruik van wiskunde.

In 1895 schreef H.G. Wells in zijn roman De Tijdmachine: "Er is geen verschil tussen Tijd en een van de drie dimensies van Ruimte, behalve dat ons bewustzijn erlangs beweegt". Hij voegde daaraan toe: "Wetenschappers...weten heel goed dat Tijd slechts een soort Ruimte is".

Ruimtetijd in kwantummechanica

In de algemene relativiteit wordt ruimtetijd beschouwd als glad en continu. In de theorie van de kwantummechanica is ruimtetijd echter niet altijd continu.

Verwante pagina's

Vragen en antwoorden

V: Wat is ruimte-tijd volgens de tekst?


A: Ruimte-tijd is een wiskundig model dat ruimte en tijd met elkaar verbindt en een vierdimensionaal continuüm vormt dat bekend staat als de Minkowski-ruimte.

V: Hoe heeft het combineren van ruimte en tijd de kosmologie geholpen?


A: Het combineren van ruimte en tijd heeft de kosmologie in staat gesteld om beter te begrijpen hoe het universum werkt, zowel op het grote niveau, zoals sterrenstelsels, als op het kleine niveau, zoals atomen.

V: Waarom is het gebruik van de Euclidische ruimte in plaats van ruimte-tijd goed in de niet-relativistische klassieke mechanica?


A: In de niet-relativistische klassieke mechanica is het gebruik van de euclidische ruimte goed omdat de tijd als universeel wordt behandeld met een constante doorgangssnelheid die onafhankelijk is van de bewegingstoestand van een waarnemer.

V: Waarom is tijd onafscheidelijk van de drie ruimtedimensies in een relativistisch universum?


Antwoord: Tijd kan niet gescheiden worden van de drie ruimtedimensies in een relativistisch universum omdat de waargenomen snelheid waarmee de tijd verstrijkt afhangt van de snelheid van een object ten opzichte van de waarnemer.

V: Hoe beïnvloedt de sterkte van een gravitatieveld het verstrijken van de tijd voor een voorwerp?


Antwoord: De sterkte van een gravitatieveld vertraagt het verstrijken van de tijd voor een voorwerp zoals gezien door een waarnemer buiten het veld.

V: Wat is de naam van het vierdimensionale continuüm dat ruimte en tijd met elkaar verbindt?


Antwoord: Het vierdimensionale continuüm dat ruimte en tijd met elkaar verbindt heet de Minkowski-ruimte.

V: Hoe heeft de combinatie van ruimte en tijd de kosmologie geholpen om het universum te begrijpen?


A: De combinatie van ruimte en tijd heeft de kosmologie geholpen om de werking van het universum beter te begrijpen, zowel op het grote niveau, zoals sterrenstelsels, als op het kleine niveau, zoals atomen.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3