एथन से पूछें: समय एक आयाम क्यों होना चाहिए?

फ़्रेम-बाय-फ़्रेम शूटिंग हमें याद दिलाती है कि तस्वीरें एक निश्चित समय में एक निश्चित स्थान पर ली गई तस्वीरें हैं, और प्रत्येक बाद के क्षण पिछले एक से भिन्न होते हैं

जब हम ब्रह्मांड के चारों ओर घूमने के तरीकों की कल्पना करते हैं, तो हम तुरंत तीन आयामों को याद करते हैं। दाएं-बाएं, आगे-पीछे और ऊपर-नीचे: कार्टेशियन जाली की तीन स्वतंत्र दिशाएं। उन सभी को स्थानिक आयाम माना जाता है। लेकिन हम अक्सर एक और प्रकार के बारे में बात करते हैं, एक अलग प्रकार की: अस्थायी। लेकिन समय क्या माप करता है? इस सप्ताह पाठक निम्नलिखित प्रश्न पूछता है:

मैं हमेशा 3 + 1 आयामों, स्थान और समय से मिलकर, सातत्य से हैरान था। वे हमेशा तीन स्थानिक आयाम और एक अस्थायी के बारे में क्यों लिखते हैं?

हम अपने ज्ञात अंतरिक्ष के तीन आयामों का अध्ययन करके शुरू करते हैं।


पृथ्वी की सतह पर, दो निर्देशांक, अक्षांश और देशांतर, स्थिति को निर्धारित करने के लिए पर्याप्त हैं

पृथ्वी की सतह पर, हमें स्थान निर्धारित करने के लिए आमतौर पर दो निर्देशांक की आवश्यकता होती है: अक्षांश और देशांतर, या उत्तर से दक्षिण और पश्चिम से पूर्व की ओर निर्देशित अक्षों के साथ स्थिति। यदि आप सतह से ऊपर जाना चाहते हैं या सतह से ऊपर उठना चाहते हैं, तो अपनी स्थिति का वर्णन करने के लिए आपको एक तीसरे समन्वय की आवश्यकता होगी - ऊंचाई / गहराई, या ऊर्ध्वाधर अक्ष के साथ आपकी स्थिति। आखिरकार, यदि कोई व्यक्ति बिल्कुल वहीं है जहां आप अक्षांश और देशांतर के संदर्भ में हैं, लेकिन साथ ही वह भूमिगत सुरंग में या आपके सिर के ऊपर एक हेलीकॉप्टर में स्थित है - तो आप यह नहीं कह सकते कि वह उसी स्थान पर है जैसा आप हैं। अंतरिक्ष में आपकी स्थिति का वर्णन करने के लिए तीन स्वतंत्र जानकारी की आवश्यकता होती है।


यूनिवर्स में आपकी स्थिति न केवल स्थानिक निर्देशांक (जहां) से वर्णित है, बल्कि अस्थायी (जब)

लेकिन स्पेस-टाइम सिर्फ स्पेस से ज्यादा जटिल है। वर्तमान में आप जिस कुर्सी पर बैठे हैं, उसकी स्थिति को तीन निर्देशांक - x, y और z द्वारा वर्णित किया जा सकता है। लेकिन अब आप उस पर बैठे हैं, और एक घंटे पहले, कल या दस साल पहले, यह ऐसा नहीं हो सकता है। घटना का वर्णन करने के लिए, जहां यह होता है, वह ज्ञान पर्याप्त नहीं है; इसके अलावा, आपको यह जानने की जरूरत है कि कब, आपको एक समय समन्वय की आवश्यकता है, टी। पहली बार इसने सापेक्षता के सिद्धांत में एक बड़ी भूमिका निभाई जब हमने एक साथ समस्या की चर्चा की। कल्पना करें कि दो अलग-अलग स्थानों को उस मार्ग से जोड़ा जाए जिसमें दो लोग जाते हैं, प्रत्येक अपने स्थान से दूसरे स्थान पर जाता है।


एक आयामी, रैखिक पथ से जुड़े दो बिंदु

उनके अभियान की कल्पना दो शुरुआती बिंदुओं पर अलग-अलग हाथों की दो उंगलियां रखकर और लक्ष्य की ओर खींचकर की जा सकती है। कुछ बिंदु पर, उन्हें एक-दूसरे को पास करना होगा, अर्थात, आपकी उंगलियां एक ही समय में एक स्थान पर होंगी। सापेक्षता के सिद्धांत में, यह एक साथ होने वाली घटना के रूप में जाना जाता है, और यह केवल तभी हो सकता है जब सभी स्थानिक घटक और दो अलग-अलग भौतिक वस्तुओं के सभी लौकिक घटक मेल खाते हैं।

इसमें कुछ भी विरोधाभासी नहीं है, और यह बताता है कि हमें समय को उस आयाम के रूप में मानने की आवश्यकता है जिसमें हम स्थानिक आयामों की तरह चलते हैं। लेकिन यह आइंस्टीन का एसटीओ था जिसने अपने पूर्व प्रोफेसर जर्मन मिन्कोव्स्की को एक सिद्धांत विकसित करने के लिए प्रेरित किया जो तीन स्थानिक और एक लौकिक आयामों को जोड़ती है।


चाहे अंतरिक्ष समतल हो या घुमावदार, अंतरिक्ष यात्रा समय यात्रा को प्रभावित करती है

हम समझते हैं कि अंतरिक्ष में स्थानांतरित करने के लिए आपको समय में स्थानांतरित करने की आवश्यकता है; यदि इस समय आप यहाँ हैं, तो आप उसी समय किसी अन्य स्थान पर नहीं हो सकते - आप बाद में ही वहाँ पहुँच सकते हैं। 1905 में, आइंस्टीन के एसटीओ ने हमें सिखाया कि प्रकाश की गति गति की सार्वभौमिक सीमा है, जब आप इसे पास करते हैं, तो आप समय के विचलन और दूरी को कम करने की अजीब घटनाओं का अनुभव करने लगते हैं। लेकिन सबसे बड़ी सफलता 1907 में हुई, जब मिंकोव्स्की ने महसूस किया कि आइंस्टीन की सापेक्षता से आश्चर्यजनक निष्कर्ष निकलता है: गणितीय दृष्टिकोण से, समय अंतरिक्ष की तरह ही व्यवहार करता है, सी के अपवाद के साथ, निर्वात में प्रकाश की गति, और i, एक काल्पनिक इकाई √ ( -1)।


एक प्रकाश शंकु का एक उदाहरण, अंतरिक्ष-समय में एक बिंदु पर आने वाली और उससे निकलने वाली सभी संभावित प्रकाश किरणों की त्रि-आयामी सतह

यदि आप इन सभी खोजों को एक साथ जोड़ते हैं, तो आपको इसके ढांचे में हमारे आंदोलन से जुड़े ब्रह्मांड की एक नई तस्वीर मिलती है:

• यदि आप स्थानांतरित नहीं होते हैं और अंतरिक्ष में एक ही स्थान पर रहते हैं, तो आप अधिकतम गति से समय पर चलते हैं।
• आप जितनी तेजी से अंतरिक्ष में जाते हैं, आप उतने ही धीमे गति से आगे बढ़ते हैं, और उतनी ही छोटी दूरी आपके आंदोलन की दिशा में दिखाई देती है।
• यदि आपके पास द्रव्यमान नहीं है, तो आप केवल प्रकाश की गति से गति कर सकते हैं, तुरंत अपने आंदोलन की दिशा में आगे बढ़ सकते हैं, बिना किसी समय के। [अधिक सटीक रूप से, द्रव्यमान रहित कण के दृष्टिकोण से, यह गति नहीं करता है और समय गति नहीं करता है - लगभग। ट्रांस।]


एक गतिहीन पर्यवेक्षक के लिए, समय ठीक चलता है, और अंतरिक्ष में तेजी से आगे बढ़ने के लिए, गति एक गतिहीन की तुलना में धीमी हो जाती है

शारीरिक दृष्टिकोण से, परिणाम आश्चर्यजनक हैं। इसका मतलब है कि सभी द्रव्यमान रहित कण स्थिरता में अंतर्निहित हैं, क्योंकि उनके लिए समय का प्रवाह नहीं है। इसका अर्थ है कि ऊपरी वायुमंडल में निर्मित म्यूऑन जैसे अस्थिर कण पृथ्वी की सतह तक पहुंच सकते हैं, इस तथ्य के बावजूद कि प्रकाश की गति से उनके जीवनकाल (2.2 μs) को गुणा करने पर, हमें 660 मीटर की दूरी मिलती है, जो बहुत कम है जिस रास्ते पर चलने की जरूरत है। और इसका मतलब यह है कि यदि आप एक समान जुड़वाँ की जोड़ी लेते हैं, तो एक को पृथ्वी पर छोड़ दें और दूसरे को अंतरिक्ष में एक सापेक्ष यात्रा पर भेज दें, तो दूसरा जुड़वा वापसी के पहले की तुलना में छोटा होगा, क्योंकि उसके लिए कम समय बीत जाएगा।


जॉनसन स्पेस सेंटर में मार्क और स्कॉट केली। उनमें से एक ने अंतरिक्ष में एक साल बिताया और थोड़ी कम आयु में, जबकि दूसरा पृथ्वी पर बना रहा।

जैसा कि मिंकोवस्की ने 1908 में लिखा था:

अंतरिक्ष और समय के सार के सिद्धांत जो मैं आपको प्रदर्शित करना चाहता हूं, प्रयोगात्मक भौतिकी के आधार पर विकसित हुए हैं, जिसमें से उनकी ताकत आती है। वे कट्टरपंथी हैं। इसके बाद, अपने आप में स्थान और अपने आप में समय छाया में बदलने के लिए बर्बाद हो रहे हैं, और केवल उनका एकीकरण एक स्वतंत्र वास्तविकता रहेगा।

आज, अंतरिक्ष-समय का निर्माण और भी अधिक सामान्य है, अंतरिक्ष में निहित वक्रता को इसमें शामिल किया गया है - यह है कि एसटीओ का सामान्यीकरण कैसे किया जाता है। लेकिन उस समय का कारण अंतरिक्ष के समान आयाम है क्योंकि हम लगातार इसके माध्यम से आगे बढ़ रहे हैं, और हम इसे "3 + 1" (और सिर्फ 4 नहीं) के रूप में लिखते हैं क्योंकि अंतरिक्ष के माध्यम से बढ़ते हुए आंदोलन को कम कर देता है समय के माध्यम से और इसके विपरीत।


कैमरा समय में किसी वस्तु की गति की भविष्यवाणी करता है - माप के रूप में समय के विचार के व्यावहारिक अनुप्रयोगों में से एक



यह दिलचस्प है कि हर कोई, हर किसी के संबंध में अंतरिक्ष के माध्यम से अपने आंदोलन की परवाह किए बिना, एक ही नियम, समान कार्य और परिणाम देखेंगे। यदि समय ऐसा आयाम नहीं था, तो सापेक्षता के नियम काम नहीं करेंगे और निरपेक्ष स्थान की अवधारणा को उचित ठहराया जा सकता है। भौतिकी जिस तरह से काम करती है, उसके लिए हमें माप की संपत्ति के लिए समय चाहिए, और यूनिवर्स हमें लगातार इस तरह की घटनाएं प्रदान कर रहा है।

एथन सीगल - खगोल वैज्ञानिक, विज्ञान लोकप्रिय, एक बैंग्स के साथ शुरुआत के लेखक! उन्होंने "बियॉन्ड द गैलेक्सी" [ बियॉन्ड द गैलेक्सी ], और "ट्रैकनोलॉजी: स्टार ट्रेक का विज्ञान" [ ट्रेकोनोलॉजी ] किताबें लिखीं ।