Không thời gian 'được tạo ra' là gì?

Thuyết tương đối rộng thường được giải thích là nói không thời gian bị cong bởi trọng lực, điều này có nghĩa là gì? Làm thế nào chúng ta có thể cảm nhận một đường cong trong không thời gian khi không có khung tham chiếu "thẳng" bên ngoài?

Không-thời gian không phải là "làm" bất cứ thứ gì, nó chỉ là một hệ thống trung gian hoặc tọa độ. Hãy nghĩ về các đường lưới trên bản đồ, chúng không "được tạo ra" từ bất cứ thứ gì, chúng chỉ là một đại diện cho hình học của Trái đất. Không-thời gian là một khái niệm được Einstein vạch ra khi ông viết lý thuyết tương đối đặc biệt của mình rằng các tính chất của không gian và thời gian thực sự liên kết với nhau ở tốc độ tương đối tính. Một trong những hậu quả của việc này là bạn không thể tiến lên trong không gian mà không tiến lên kịp thời, điều này có thể được hình dung trong một hình nón nhẹ:

Đây không phải là sự thể hiện của không-thời gian trông như thế nào, chỉ có cách nó hành xử theo 2 chiều không gian và một thời gian. Sóng hấp dẫn được tạo ra khi hai vật thể lớn (sao nhị phân) quay quanh nhau và chúng gây ra "gợn sóng" trong không gian. Một lần nữa hình ảnh 2D khác là cần thiết: Điều này cho thấy tiềm năng hấp dẫn của hai ngôi sao tương tác trong kết cấu không-thời gian khi chúng quay quanh, gây ra bức xạ của sóng hấp dẫn.

Cả hai chỉ là hướng dẫn trực quan, chúng ta sẽ không bao giờ có thể "nhìn thấy" sóng hấp dẫn hoặc chính thời gian không gian bằng mắt của mình, đó là lý do tại sao chúng ta cần các máy dò như LIGO hoặc VIRGO để suy ra sự tồn tại của chúng.

Thuyết tương đối rộng thường được giải thích là nói không thời gian bị cong bởi trọng lực, điều này có nghĩa là gì?

Điều đó có nghĩa là thuyết tương đối rộng có thể được xây dựng theo cách mà toán học của nó có sự tương tự rất trực tiếp với hình học vi phân trên một đa tạp bốn chiều cong. Nói cách khác, cách các hạt thử nghiệm sẽ hành xử dưới tác động của chỉ lực hấp dẫn chính xác là cách chúng hoạt động nếu di chuyển tự do trên một đa tạp bốn chiều cong. Toán học có một sự tương ứng trực tiếp: không hơn, không kém.

Điện từ có một mô tả trong đó cường độ trường điện từ là độ cong của một kết nối trên một bó dòng. Tôi nhận ra rằng tuyên bố này rất khó hiểu đối với người chưa nghiên cứu lý thuyết máy đo, nhưng điều quan trọng là phải nhận ra rằng một mô tả hình học về cơ bản không đặc biệt đối với trọng lực. Điều đặc biệt đối với lực hấp dẫn là nó kết hợp với tất cả động lượng-năng lượng-động lượng như nhau, và sự rơi tự do hấp dẫn của hạt thử nghiệm hoàn toàn độc lập với thành phần.

Do tính phổ quát này, có thể hiểu các thuộc tính của trường hấp dẫn là thuộc tính của không thời gian, tức là thuộc tính của đấu trường mà mọi thứ khác xảy ra. Chúng ta không cần phải làm như vậy, và thực sự có một số bài thuyết trình về thuyết tương đối rộng (ví dụ, của Weinberg) trong đó việc giải thích hình học được chuyển sang một ghi chú phụ không quan trọng, nhưng chúng ta có thể - và hình học là cách mà thuyết tương đối ban đầu được phát triển .

Làm thế nào chúng ta có thể cảm nhận một đường cong trong không thời gian khi không có khung tham chiếu "thẳng" bên ngoài?

Chúng tôi có thể đo lường nó.

Là một cách đơn giản về mặt khái niệm (nhưng không thực tế), chúng ta có thể thiết lập một quả bóng nhỏ bao gồm các hạt thử nghiệm ban đầu. Không có độ cong của trường hấp dẫn, mọi quả bóng như vậy sẽ giữ nguyên hình dạng và khối lượng vì tất cả chúng đều là các hạt thử nghiệm đang chuyển động cùng hướng với cùng một tốc độ. Nhưng nếu trường hấp dẫn có độ cong Ricci, thể tích của quả bóng sẽ bắt đầu co lại hoặc giãn ra. Tương tự, những thay đổi về hình dạng của quả bóng sẽ cung cấp thông tin về độ cong của Weyl.

Đây là loại câu trả lời giống như trong trường hợp điện từ: cường độ trường cũng là một loại độ cong (mặc dù không phải là không thời gian), nhưng chúng ta nhìn nhận nó như thế nào? Chà, chúng ta có thể đo nó bằng cách xem cách kiểm tra phí hoạt động.

Một mồi toán học.

Một hình tam giác trên một mặt phẳng có ba góc và ba góc này cộng tới 180 độ - Đây là một định lý nổi tiếng từ hình học. Người ta cũng biết rằng nếu bạn vẽ một hình tam giác trên một quả bóng, thì các góc sẽ tăng lên hơn 180 độ, do độ cong của quả bóng. (và nếu bạn vẽ trên một pringles sắc nét, tổng góc sẽ nhỏ hơn 180).

Một sinh vật bò trên quả bóng có thể, bằng cách chỉ quan sát các góc, phát hiện ra rằng bề mặt của quả bóng bị cong. Vì vậy, độ cong có thể được quan sát bởi một sinh vật chỉ kiểm tra các bộ phận cục bộ của quả bóng, sinh vật không cần phải di chuyển ra khỏi quả bóng để quan sát độ cong của nó. Độ cong là một tài sản nội tại.

Tương tự như vậy, chúng ta không cần phải ở ngoài không thời gian để quan sát rằng không thời gian bị cong. Thực tế là các góc trong các hình tam giác không cộng tới 180 do độ cong hấp dẫn của không gian (nhưng hiệu ứng này quá nhỏ để có thể nhận thấy). Chúng ta có thể cảm nhận được độ cong trong không-thời gian mà không có không-thời gian phải "ở" bất cứ thứ gì khác.

Hậu quả rõ ràng nhất của việc không thời gian bị cong là mọi thứ rơi xuống trung tâm Trái đất.

Ở một mức độ nào đó, bạn nên nhớ rằng thuyết tương đối rộng mô tả một mô hình lý thuyết về cách thức hoạt động của cơ học hấp dẫn. Mô hình đó bao gồm tọa độ thời gian và không gian, và trong không gian mô hình này là cấu trúc toán học , cho phép chúng ta dự đoán với độ chính xác cực cao hành vi của các vật thể dưới tác động của lực hấp dẫn.

Thuyết tương đối rộng thường được giải thích là nói không thời gian bị cong bởi trọng lực, điều này có nghĩa là gì?

Điều này nghe có vẻ lảng tránh.

Trọng lực là một biểu hiện của độ cong không thời gian được gây ra bởi, trong số những thứ khác, các vật thể lớn như sao, hành tinh, v.v. Nói cách khác, trọng lực là hậu quả của độ cong không thời gian.

Làm thế nào chúng ta có thể cảm nhận một đường cong trong không thời gian khi không có khung tham chiếu "thẳng" bên ngoài?

Giống như các câu trả lời ở trên, điều này đạt được thông qua các quan sát hoặc đo lường thực nghiệm. Ví dụ, Eddington đã đo sự bẻ cong ánh sáng xung quanh chi của Mặt trời, điều không thể xảy ra nếu không có độ cong.

Thuyết tương đối rộng thường được giải thích là nói không thời gian bị cong bởi trọng lực, điều này có nghĩa là gì?

Nhận xét này của OP đã thu hẹp câu hỏi xuống:

Vì vậy, [không thời gian] không cần phải tồn tại, giống như định lý của Pythagoras không cần thiết phải có hình tam giác? - Marijn ngày 4 tháng 2 năm 16 lúc 20:24

Không thời gian là một bản đồ và không phải là một lãnh thổ. Không thời gian là một mô hình. Nói cách khác, nó là thứ tồn tại trong não người, để giúp bộ não đó dự đoán chính xác những trải nghiệm trong tương lai từ những trải nghiệm trước đó. Ví dụ, khái niệm không thời gian (trong bối cảnh của Lý thuyết tương đối tổng quát) giúp bạn dự đoán rằng thấu kính hấp dẫn tồn tại. Bộ não của bạn được trang bị tốt hơn để xử lý ở mức đó, thay vì tính toán cùng một bức ảnh bằng cách lấy một loạt các photon riêng lẻ và áp dụng các phương trình cho mỗi photon.

Một "mô hình" bên trong bộ não được tạo ra bằng cách tưởng tượng một cái gì đó rất gần với thực tế và sau đó bằng cách cố tình loại bỏ các chi tiết cho đến khi bạn có được thứ gì đó đơn giản đến mức có thể tính toán được . Bạn quên tất cả các thuộc tính của một ngôi sao (màu sắc, nền văn minh ngoài hành tinh xung quanh nó, thời tiền sử, động lực bên trong của nó) và bạn chỉ nghĩ ngôi sao là khối lượng, v.v ... Cách này giúp bạn biến "trí tưởng tượng khai sáng" thành một "cơ chế nguyên thủy có thể sử dụng được để dự đoán kinh nghiệm ".

Marjin, tôi muốn nói rằng tôi thích phong cách đặt câu hỏi của bạn và tôi đã đăng ký đặc biệt để cố gắng trả lời câu hỏi này.