Sa phictiúr Newtonian de dhomhantarraingt, tá an spás agus an t-am ina gcainníochtaí iomlána, seasta, agus sa phictiúr Einsteinian, is struchtúr aontaithe aontaithe é an spás-am ina bhfuil na trí thoise spáis agus an ghné amháin den am nasctha go dlúth. (NASA)

Fiafraigh de Ethan: An Fabraic atá i ndáiríre le Spacetime?

Maidir le Gaolmhaireacht Ghinearálta, ní fiú an spás agus an t-am iad féin.

B’fhéidir gurb é domhantarraingt an chéad fhórsa bunúsach a aimsíodh riamh, ach ar go leor bealaí, is é an fórsa is lú a thuigtear é i gcónaí. Tá a fhios againn go bhfuil sé tarraingteach i gcónaí, agus go mbeidh aon fhórsa ag aon dá mhais sa Cruinne, is cuma cá bhfuil siad. Nuair a chuir Einstein teoiric ghinearálta na coibhneasachta i gcrích, ceann de na dul chun cinn mór ba ea a aithint gur cuireadh spás agus am le chéile in aon eintiteas amháin: am spáis. Rud eile a bhí ann ná gur chuir láithreacht ábhair agus fuinnimh cuartha ar fhabraic an ama spáis seo, agus gur fhág an t-am cuartha cuartha, ar a seal, conas a bhog an t-ábhar. Ach an bhfuil an pictiúr seo ceart? Tá Mariusz Wroblewski amhrasach, ag fiafraí:

Ba mhaith liom go n-admhódh duine éigin sa deireadh agus go n-admhaím nach pictiúr de réaltacht é liathróidí a thaispeáint ar bhileog leapa.

Admhaím agus admhaím go saor é. Chomh uileláithreach le pictiúir de bhileoga lúbtha nó de chórais chomhordaithe, ní léiríonn siad go díreach an réaltacht a bhfuilimid ag maireachtáil ann.

Cinntear an cuaire spás-ama timpeall ar aon réad ollmhór de réir an mhais agus an achair ón lár maise. Mar sin féin, ní gá gurb é an léiriú déthoiseach seo cosúil le greille ar am spáis an bealach is cruinne chun é a bhrath. (T. PYLE / CALTECH / MIT / LIGO LAB)

Má chonaic tú riamh pictiúr de ghreille lúbtha, déthoiseach le maiseanna air a léiríonn an spás, beidh a fhios agat go bhfuil an cineál seo léirithe thar a bheith coitianta. Dealraíonn sé go léiríonn sé creatlach an spáis mar atá cuartha ag mais, agus dá bhrí sin, beidh a chosán lúbtha i dtreo na foinse imtharraingthe seo ag aon cháithnín eile atá ag taisteal feadh na fabraice seo. An níos mó an mhais agus an níos dlúithe a gheobhaidh tú dó, is mó an cuaire, agus dá bhrí sin, is mó an lúbadh.

Dealraíonn sé go dtagann sé seo, ar bhealach iomasach ar a laghad, leis na turgnaimh agus na breathnuithe a rinneadh chun Gaolmhaireacht Ghinearálta a fhíorú agus a bhailíochtú le beagnach 100 bliain anuas. Ó lúbadh solas réalta cúlra le linn eclipse gréine iomlán go dtí éifeacht lionsa lionsa imtharraingthe inniu, go cáilíochtúil ar a laghad, is cosúil go n-aontaíonn an pictiúr.

Thaispeáin torthaí expedition Eddington 1919, go cinntitheach, go ndearna Teoiric Ghinearálta na Coibhneasachta cur síos ar lúbadh solas na réalta timpeall ar réada ollmhóra, ag scriosadh pictiúr Newtonian. Ba é seo an chéad deimhniú breathnóireachta ar Relativity Ginearálta Einstein, agus dealraíonn sé go bhfuil sé ag teacht leis an léirshamhlú ‘fabraic lúbtha-spáis’. (NUACHT ILLUSTRATED LONDON, 1919)

Ach cad a thabharfadh pictiúr den sórt sin le tuiscint i ndáiríre? Má tá an spás cosúil le fabraic, conas a dhéanann mais mais a chuar?

Dealraíonn sé go dtarraingítear mais “síos” ar an bhfabraic ar bhealach éigin, agus ansin tarraingíonn fórsa mistéireach nach bhfacthas riamh roimhe na cáithníní eile atá ag taisteal tríd an spás sin. Is léir nach féidir seo a bheith ceart, mar níl aon imtharraingt sheachtrach ann ar chor ar bith! Ina theannta sin, cuar na línte greille ón mais, seachas i dtreo na maise, nach féidir a bheith ceart freisin, go háirithe má tá domhantarraingt tarraingteach.

Is é domhantarraingt go simplí, agus níl ann ach go bhfuil na cothromóidí a chuireann síos ar Relativity Ginearálta geoiméadrach sa nádúr. An smaoineamh gur féidir le spás cuair mais-agus-fuinnimh a bheith ceart, cé go gcaithfidh an léirshamhlú naive seo a bheith mícheart.

Tá teorainneacha leis an smaoineamh gur fabraic é an spás. Is léir nach féidir le mais mhór an fhabraic seo a tharraingt anuas agus a chur faoi deara go mbogfaidh na rudaí eile laistigh de chosán cuartha. Féadfaidh am spáis cloí le cothromóidí geoiméadracha agus a bheith cuartha, ach ní mar seo atá. (DAVID CHAMPION, MAX PLANCK INSTITUTE FOR RADIO ASTRONOMY)

Ina áit sin, is féidir linn níos fearr a dhéanamh trí dhul chuig an líon ceart toisí spásúla: trí cinn.

Samhlaigh, le tosú, go bhfuil spás iomlán folamh againn. Níl aon aifreann in aice láimhe; níl aon radaíocht ann; níl aon ábhar dorcha, fuinneamh dorcha, neodrónna, nó aon rud eile a d’fhéadfadh a bheith ina chúis leis an spás seo cuar. Níl cuaire intreach ann freisin.

Ina áit sin, samhlaigh go bhfuil an spás cothrom, statach agus folamh. Má d’áitíomar greille a tharraingt, cosúil le forleagan matamaiticiúil, déan an spás féin a bharr, seo an chuma a bheadh ​​air.

Is minic a dhéanaimid amharc ar spás mar eangach 3D, cé gur róshimpliú fráma-spleách é seo nuair a smaoinímid ar choincheap an ama spáis. Má chuireann tú cáithnín ar an eangach seo agus má ligeann tú don Cruinne leathnú, is cosúil go n-éireoidh an cáithnín uait. (REUNMEDIA / STORYBLOCKS)

Anois, déanaimis aifreann a chur síos san am spáis seo. Caithfidh an mhais cuar a dhéanamh ar spás-am, ach ní fabraic í i ndáiríre: níl ann ach an neamhní atá sa Cruinne folamh féin. Insíonn cothromóidí na Gaolmhaireachta Ginearálta dúinn conas a oibríonn an cuaire seo, go geoiméadrach, ach ní insíonn siad dúinn conas é a shamhlú.

Bealach iontach amháin chun é sin a dhéanamh, áfach, is ea do línte greille a tharraingt mar go léiríonn siad an fórsa a bhíonn ag cáithnín deannaigh a bhfuil mais faillí ann agus atá saor ó bhrú agus atá ar a suaimhneas maidir leis an mais nua. Is mó an fórsa a bheadh ​​ag an gcáithnín sin, is mó an cuaire ag am spáis. Dá ndéanfaimis é sin a tharraingt amach, thiocfaimis ar phictiúr an-difriúil, a d’fhéadfadh a bheith níos úsáidí.

In ionad greille folamh, bán, 3D, má mhaisítear í, is í an chúis a bheadh ​​ina línte 'díreacha' cuartha le méid sonrach. Tabhair faoi deara gur cosúil go dtarraingíonn siad i dtreo na maise atá i gceist, seachas i bhfad uaidh. (VITALE CHRISTOPHER NETWORKOLOGIES AGUS AN INSTITIÚID PRATT)

Is í an fhadhb is mó leis an bpictiúr seo ná go bhfuil sé deacair a tharraingt!

Buíochas le Dia, le teacht na beochana ríomhaireachta, is féidir linn a fheiceáil conas a théann an spás féin i gcuar fiú le rudaí atá ag gluaiseacht. Cuimhnigh, ní fabraic é i ndáiríre, ach glacann sé leis na Cruinne ar fad. Is é an t-am spáis go simplí: is é an rud atá fágtha nuair a thógann muid gach rud sa Cruinne is féidir linn a thógáil ar shiúl. Nuair a chuireann muid rudaí cosúil le maiseanna síos sa Cruinne, tá am spáis fós ann freisin, ach athraítear a airíonna de réir cibé rud atá istigh ann. An níos mó mais a chuireann tú istigh ann, is mó a théann an t-am spáis cuartha.

Tá sé seo fíor fiú amháin maidir le mais amháin nach mbogann muid ach timpeall. D’fhéadfadh sé bogadh i líne dhíreach nó feadh cosán cuartha; d’fhéadfadh sé bogadh go nádúrtha (mar gheall ar ghluaiseacht maiseanna eile) nó go saorga (toisc gur bhog fórsa seachtrach é). Slí amháin nó slí, ní dhéanann sé mórán difríochta. Is í an tsaincheist atá ann ná go n-athraíonn an geoiméadracht a chuireann síos ar am spáis de réir mar a ghluaiseann na maiseanna tríd an spás.

Mar thoradh air sin, athróidh na rudaí a chónaíonn sa spás sin, bíodh siad ollmhór nó gan mais, a ngluaiseacht mar fhreagairt ar láithreacht agus airíonna an ábhair agus an fhuinnimh go léir atá ann. Míniú John Wheeler, insíonn an mhais sin don spás conas cuar a dhéanamh, cé go n-insíonn spás cuartha ábhar conas bogadh, tá sé fós ann.

Cuidíonn léargas beoite ar an gcaoi a bhfreagraíonn am spáis de réir mar a ghluaiseann mais tríd chun a thaispeáint go díreach conas, go cáilíochtúil, ní bileog fabraice amháin é ach faigheann an spás go léir é féin cuartha ag láithreacht agus airíonna an ábhair agus an fhuinnimh sa Cruinne. (LUCASVB)

Is féidir leat labhairt faoi spás mar fhabraic, ach má dhéanann tú, bíodh a fhios agat go bhfuil an méid atá á dhéanamh agat ag laghdú do pheirspictíocht go hintuigthe go dtí analaí déthoiseach. Tá an spás inár Cruinne tríthoiseach, agus nuair a chomhcheanglaíonn tú é le ham, faigheann tú cainníocht ceithre thoise. Maidir leis an gcoincheap maidir le cuaire ag am spáis, is é seo a thagraíonn don Choibhneasacht Ghinearálta.

Ach níor chóir duit ar chor ar bith spás a shamhlú mar gur rud corpartha, ábhartha é; níl. Níl anseo ach struchtúr matamaiticiúil ar féidir linn cothromóidí a scríobh síos le cur síos a dhéanamh air: cothromóidí Gaolmhaireacht Ghinearálta Einstein. De bharr go bhfreagraíonn ábhar agus radaíocht don chuaire sin ar na bealaí beachta a thuar na cothromóidí, déantar an teoiric seo a bhailíochtú, ach ní chiallaíonn sé gur fabraic é an spás i ndáiríre.

Taispeánann léiriú de lionsa imtharraingthe an chaoi a ndéantar réaltraí cúlra - nó aon chosán solais - a shaobhadh trí mhais idirghabhála a bheith ann, mar bhraisle réaltra tulra. Níl san analaí 'creatlach an spáis' ach analaí, agus níl brí fisiceach leis. (NASA / ESA)

Labhraímid freisin faoin Cruinne atá ag leathnú sa chomhthéacs go bhfuil 'creatlach an spáis ag síneadh,' cé nach bhfuil aon fhabraic ann agus nach bhfuil sí ag síneadh i ndáiríre, nó ar an ábhar sin, ag athrú ar bhealach ar bith. Is é atá ag tarlú ach go bhfuil an fad idir dhá phointe ar bith sa Cruinne ag athrú de réir tacar áirithe rialacha i gcomhthéacs na Gaolmhaireachta Ginearálta. Leathnaíonn réaltraí, cosúil le rísíní atá leabaithe i builín aráin bácála, óna chéile. Faigheann tonnfhad na radaíochta níos faide freisin, mar cé gur leathnaigh fad na gcreasaí tonn agus na dtrinsí óna chéile freisin.

Ach i ndáiríre, níl aon fhabraic is cúis leis an leathnú. San analaí raisin / aráin, tá na rísíní (réaltraí) fíor go fisiciúil, ach níl san arán (creatlach an spáis) ach léirshamhlú.

Múnla ‘arán raisin’ na Cruinne atá ag leathnú, áit a méadaíonn achair choibhneasta de réir mar a leathnaíonn an spás (taos). (FOIREANN EOLAÍOCHTA NASA / WMAP)

Ceann de na smaointe is paradacsa chun do cheann a fhilleadh timpeall san fhisic ar fad is ea gurb iad na cothromóidí a chuireann síos ar na Cruinne ná: cothromóidí ag cur síos ar rudaí is féidir linn a bhreathnú go fisiciúil. Ní féidir linn ‘creatlach an spáis’ a urramú níos mó ná mar is féidir linn breathnú ar neamhní an ama spáis folamh; níl ann ach. Is é atá i gceist le haon léirshamhlú a dhéanaimid iarracht a shannadh dó, cibé acu fabraic 2D, eangach 3D, nó liathróid taos bácála é: cruthú a spreagann an duine. Ní éilíonn an teoiric féin í.

San íomhá mhór ar chlé, tá an iliomad réaltraí de bhraisle ollmhór darb ainm MACS J1149 + 2223 chun tosaigh sa radharc. Chuir lionsa imtharraingthe an bhraisle ollmhór an solas ón réaltra nuafhorbartha, ar a dtugtar MACS 1149-JD, thart ar 15 uair. Ar thaobh na láimhe deise uachtarach, taispeánann súmáil isteach páirteach MACS 1149-JD níos mionsonraithe, agus feictear súmáil níos doimhne ar dheis níos ísle. Tá sé seo ceart agus comhsheasmhach le Gaolmhaireacht Ghinearálta, agus neamhspleách ar an gcaoi a ndéanaimid spás a léirshamhlú (nó cibé an samhlaímid). (NASA / ESA / STSCI / JHU)

Rud is féidir linn a urramú, áfach, ná na rudaí fisiciúla - an t-ábhar agus an radaíocht - atá i láthair sa spás sin. Sin iad na heintitis is féidir linn a thomhas, agus is iad na tuartha d’iompar na n-earraí sin a chuireann ar ár gcumas teoiricí cosúil le Gaolmhaireacht Ghinearálta Einstein a thástáil. Ní éiríonn go maith linn glacadh le matamaitic mar atá sí, mar sin roghnaímid analaí a dhéanamh chun cabhrú linn pictiúr a dhéanamh den rud atá ag tarlú leis na Cruinne. Ardaíonn agus titeann rath na Gaolmhaireachta Ginearálta le breathnuithe agus tomhais. Is féidir linn iarmhairtí intomhaiste na teoirice seo a urramú, ach ní struchtúr iarbhír an spáis, fiú má tá sé tuartha ag an teoiric bhunúsach féin.

Tá teorainneacha agus lochtanna ag gach analaí, maidir leis seo. Is féidir linn léirshamhlú a roghnú nach bhfuil chomh mícheart, b’fhéidir, ná pictiúr 2D de fhabraic lúbtha, ach níl aon fhreagra ceart ann. Insíonn Gaolmhaireacht Ghinearálta dúinn cad a dhéanann an Cruinne ábhar agus fuinneamh a dháiltear ar bhealach ar leith, agus tá ár mbarúlacha ag teacht leis. Is féidir linn a roghnú é a shamhlú ar cibé bealach a dhéanann an chiall is mó dúinn, ach tá gach íomháú lochtach go bunúsach. Is é an rud is fearr is féidir linn a dhéanamh ná iarracht a dhéanamh an Cruinne a thuiscint, chomh puiteach agus a d’fhéadfadh sé a bheith, mar atá sé i ndáiríre.

Seol isteach do chuid ceisteanna Iarr ar Ethan chuig startwithabang ag gmail dot com!

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.