Mi is a téridő-kontinuum valójában?

A téridő-kontinuum egyike azoknak a relativitáselméletből származó fogalmaknak, amelyekről a legtöbb ember hallott, de nem érti teljesen. De éppen ilyen a kapcsolódó E=mc² képlet is.

A tudományos cikkek azért mindkettővel gyakorta foglalkoznak, de a tudományos-fantasztikus irodalom és az ebből származó mémek többet tesznek azért, hogy mindkettő az emberek tudatában maradjon. Sajnos a téridő lényegesen bonyolultabb, mint Einstein híres egyenlete, de ez nem jelenti azt, hogy fizikusi végzettség nélkül automatikusan érthetetlen lenne, nyugtat meg az IFLScience.

Az élet, a világmindenség meg minden című könyvében Douglas Adams humora abból a gondolatból fakadt, hogy az emberek általában hallottak a kontinuumról, viszont nem igazán tudták, mi is az.

Az elképzelés bizonyos értelemben egyszerű. Ahelyett, hogy a térnek három dimenziója lenne és az időt valami teljesen másnak vennénk, a téridő négydimenziós dolog. Az eseményeket a téridőben négy koordináta jelöli. Három azon alapul, hogy hol történik valami, egy meghatározott kiindulóponthoz képest, a negyedik pedig az az idő, amikor az esemény történik. 

Bár Einstein a relativitáselmélet révén maradandóvá tette a téridő fogalmát, a fizikusok már évekkel korábban eljátszadoztak egy olyan egységes téridő gondolatával, amelyben az időt negyedik dimenzióként kezelik, és már korábban is kitalálták ezt az elnevezést. Ezeket a dimenziókat a fény sebessége egyesíti (vákuumban), ami biztosítja, hogy egy esemény hatásai csak idővel válnak érzékelhetővé más helyeken.

Nem egyszerű a képlet

A legtöbb embernek az a problémája ezzel, hogy az időt teljesen másképp érzékeljük, mint a hosszúságot, a szélességet és a magasságot, hogy az egész dolog nevetségesnek tűnik. Ha például rájövünk, hogy túl messzire jutottunk egy bizonyos irányba, általában visszafordulhatunk és visszamehetünk.

Ez az idő kapcsán azonban lehetetlen. Ursula Le Guin ravaszul felvetette a tér-idő kontinuum anomáliájának gondolatát, amelyből az idő kifut, mivel úgy tűnik, hogy sosem lesz belőle elég, miközben ugyanez nem figyelhető meg a többi dimenzió esetében.

A fizikusok nehezen találnak magyarázatot arra, hogy az idő miért különbözik annyira a többi dimenziótól. Mindazonáltal az idő mint negyedik dimenzió, bár speciális, de bizonyítható. Azt is tudjuk, hogy az idő olyan mértékben kapcsolódik a másik három dimenzióhoz, hogy azok gyakran nem mérhetők pontosan egymás nélkül.

Téridő nem létezik együtt a mindennapjainkban

A mindennapi életünkben tapasztalt körülmények között a tér és az idő külön kezelése nem jelent problémát, ezért a téridő gondolata annyira ellentmondásos. Ha azonban valami számunkra fontos dologhoz képest közel fénysebességgel utaznánk, a helyzet egészen más lenne. 

A speciális relativitáselmélet egyik legfontosabb jellemzője, hogy a fénysebességhez közel haladva az idő lelassul a megfigyelő tapasztalatához képest. Hasonlóképpen, a fénysebesség közelében a tér a mozgás irányában összehúzódik. Ez azt jelenti, hogy ha valaki, aki nagyon gyorsan halad, két eseményt mérne, majd összehasonlítaná az eredményeit egy lassabban haladóval, akkor mind térben, mind időben eltérő eredményeket kapna. Ha azonban a fénysebességet használjuk a tér- és időegységek közötti átváltásra, mindkét megfigyelő ugyanazt a téridőbeli távolságot méri.

Ráadásul a tér-idő kontinuum eltorzulhat, például olyan erős gravitációs erők által, amelyek ugyanúgy befolyásolják az időt, mint ahogyan a teret hajlítják. Bár Einstein javaslatának idején ez vitatott volt, ma már ellenőrizhető, hogy a nagy tömegek hogyan torzítják a téridőt, például a Föld körüli pályán keringő órák és a Földön lévő órák összehasonlításával. 

A nagy tömegű objektumok, például a pulzárok egymás körüli mozgásának mérései egyre nagyobb pontossággal igazolják az általános relativitáselméletnek a téridő működésére vonatkozó előrejelzéseit. A méréseket jelenleg végzik, részben azért, mert az általános relativitáselméletnek alternatív elméletek is léteznek. Mivel azonban ezek is elfogadják az idő, mint dimenzió természetét, és annak a tér dimenzióival való ‘együttélését’, és ha az alternatívák egyike végül jobbnak is bizonyulna, nem érvénytelenítené a téridőt.

Mindazonáltal ezeknek az egymással versengő elméleteknek a létezése azt a tényt tükrözi, hogy bár tudjuk, hogy a tér-idő kontinuum létezik, sok mindent nem értünk belőle. Évtizedek óta fájó pont a fizikusok számára az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika összeegyeztetése. Sokan felvetették, hogy a kvantált téridő lehet a megoldás, de eddig senki sem talált olyan módszert, amely meggyőzően bizonyítaná ezt.

Érdemes elolvasni:

• Kiderült: mást kellett volna csinálnia a Holdra lépés helyett Armstrongnak
• Kialakulhatnak hegyek egy neutroncsillag felszínén?