Khác biệt giữa các bản “Không-thời gian”

n
không có tóm lược sửa đổi
n (Cocacolakogas đã đổi Không-thời gian thành Thời Không: Ngược tên)
n
{{Bài cùng tên|Không gian và thời gian (định hướng)}}
'''Thời Không gian-thời gian''' hay '''Thời gian-Không gian''' là một mô hình toán học gộp ba chiều [[không gian]] với một chiều [[thời gian]] để tạo thành một cấu trúc thống nhất gọi là ''khôngThời -thời Không gian liên tục''.
 
== Giới thiệu ==
Trong [[cơ học cổ điển]], [[khôngthời gian]] và [[thờikhông gian]] là 2 khái niệm hoàn toàn riêng biệt. Cùng một sự việc luôn trôi qua trong những khoảng thời gian giống nhau khi quan sát trong các [[hệ quy chiếu]] khác nhau. Các sự việc này có thể được làm đồng bộ bằng việc dùng chung một [[đồng hồ]] đo thời gian tuyệt đối.
 
Trong mô hình [[thuyết tương đối hẹp]] của [[Albert Einstein]], thời gian diễn ra của cùng một sự việc là dài hay ngắn phụ thuộc vào lựa chọn hệ quy chiếu. Cách mô tả các sự việc được thực hiện chính xác trên một hệ thống hình học được sáng tạo bởi [[Hermann Minkowski]], ở đó không gian và thời gian được xem xét là một cặp. Đây là [[hình học Minkowski]], nơi một sự kiện được nhận dạng bằng một thế giới điểm của 4 chiều không-thời-không gian liên tục.
 
Chiều [[thời gian]] thường được đặt là ''ct'' với ''c'' là [[tốc độ ánh sáng]], ''t'' là [[thời gian]], để có cùng thứ nguyên với các chiều [[không gian]]. Tuy nhiên chiều thời gian là một chiều đặc biệt và ''ct'' không hoàn toàn giống các chiều không gian khác. Ví dụ, đối với [[không gian ba chiều]] cổ điển, [[chiều dài]] của một [[thước kẻ]] không thay đổi và không phụ thuộc hệ quy chiếu; [[bình phương]] của nó luôn là:
:''dl''<sup>2</sup> = ''dx''<sup>2</sup> + ''dy''<sup>2</sup> + ''dz''<sup>2</sup>
Ở đây, ''dx'', ''dy'', ''dz'' là hình chiếu của thước kẻ lên ba chiều ''x'', ''y'' và ''z'' của không gian. Trong không-thời-không gian phẳng ([[mêtric Minkowski]]); khi thay đổi hệ quy chiếu, [[chiều dài]] thước kẻ thay đổi, nhưng đại lượng sau không thay đổi:
:''ds''<sup>2</sup> = ''dl''<sup>2</sup> - ''c<sup>2</sup>dt''<sup>2</sup>
Ở đây ''dt'' là chênh lệch thời gian trong quan sát hai đầu thước kẻ trong không thời không gian. Công thức trên cho thấy, chiều thời gian không đối xứng (không tráo đổi tùy ý) với các chiều không gian.
 
== KhôngThời -thời Không gian phẳng ==
:''Xem bài chính [[mêtric Minkowski]], [[Véctơ-4]]''
Trong [[thuyết tương đối hẹp|lý thuyết tương đối hẹp]], không thời không gian là không-thời-không gian phẳng. Nhiều [[đại lượng vật lý]] ở dạng véctơ trong [[không gian ba chiều]] được mở rộng ra thành '''véctơ-4'''. Một véctơ-4 là một bộ gồm 3 thành phần, gọi là thành phần không gian, cùng với 1 thành phần, gọi là thành phần thời gian: ''V'' = [''v''<sub>''t''</sub>, ''v''<sub>''x''</sub>, ''v''<sub>''y''</sub>, ''v''<sub>''z''</sub>] = [''v''<sub>''t''</sub>, '''v''']. [[Bình phương]] của độ lớn của véctơ-4 được tính theo công thức:
:''V''<sup>2</sup> = '''v'''.'''v''' - ''v''<sub>''t''</sub><sup>2</sup>
:''V''<sup>2</sup> = ''v''<sub>''x''</sub><sup>2</sup> + ''v''<sub>''y''</sub><sup>2</sup> + ''v''<sub>''z''</sub><sup>2</sup> - ''v''<sub>''t''</sub><sup>2</sup>
 
Khi chuyển đổi [[hệ quy chiếu]] trong không thời không gian, các thành phần của véctơ-4 được biến đổi theo [[biến đổi Lorentz]]. Có một thuộc tính của các véctơ-4 không bị biến đổi bởi biến đổi Lorentz, đó chính là độ lớn của các véctơ-4 này. Điều này tương tự như khi thay đổi hệ quy chiếu trong không gian ba chiều, độ lớn của các véctơ vị trí ba chiều không đổi.
 
Ví dụ trong phần giới thiệu cho thấy đại lượng khoảng cách hay vị trí trong không gian ba chiều được tổng quát hóa thành véc-tơ 4 [''ct'', ''x'', ''y'', ''z'']. Nhiều đại lượng vật lý véc-tơ khác cũng đều có véc-tơ 4 tương ứng. Ví dụ như [[động lượng]] cổ điển được mở rộng thành [[động lượng|động lượng-4]] [''E''/''c'', '''p'''] với ''E'' là [[năng lượng|năng lượng tương đối tính]] và '''p''' là [[động lượng|động lượng tương đối tính]].
 
== KhôngThời -thời Không gian cong ==
Trong [[thuyết tương đối rộng|lý thuyết tương đối rộng]], không thời không gian có thể cong. Sự cong của không thời không gian gây ra bởi sự có mặt của [[vật chất]], tóm tắt trong [[phương trình trường Einstein|phương trình Einstein]]. Các không thời không gian cong được đặc trưng bởi [[tenxơ mêtric]] của không thời không gian, nghiệm của phương trình Einstein khi cho biết một sự sắp đặt của vật chất.
{{chính|Không-thời gian cong}}
Trong [[thuyết tương đối rộng|lý thuyết tương đối rộng]], không thời gian có thể cong. Sự cong của không thời gian gây ra bởi sự có mặt của [[vật chất]], tóm tắt trong [[phương trình trường Einstein|phương trình Einstein]]. Các không thời gian cong được đặc trưng bởi [[tenxơ mêtric]] của không thời gian, nghiệm của phương trình Einstein khi cho biết một sự sắp đặt của vật chất.
 
Một số không thời không gian cong ứng với các trường hợp đặc biệt có thể kể đến là [[mêtric Schwarzschild]], [[mêtric Reissner-Nordström]] hay [[mêtric Kerr]]. Mêtric Schwarzschild mô tả [[chân không]] quanh một [[hành tinh]], [[sao|ngôi sao]] hay một [[lỗ đen|hố đen]] không [[chuyển động quay|quay]] và không [[điện tích|tích điện]], và là ví dụ đơn giản nhất về không thời không gian quanh hố đen.
 
Khi không có vật chất, lời giải phương trình Einstein trở về không thời không gian phẳng như trong [[thuyết tương đối hẹp|lý thuyết tương đối hẹp]].
 
== Sự kiện, vũ trụ tuyến, thời gian riêng và đường trắc địa ==
{{chính|Sự kiện|vũ trụ tuyến}}
{{chính|thời gian riêng|đường trắc địa}}
Trong không thời không gian, mỗi một [[điểm]] gọi là một '''[[sự kiện]]''' (do xảy ra tại một thời điểm và vị trí xác định).
 
Bình phương khoảng cách giữa hai sự kiện trong không thời không gian, h<sup>2</sup>, có thể lớn hơn hay nhỏ hơn 0 và khiến cho khoảng cách giữa hai sự kiện được chia làm ba loại:
* Kiểu thời gian: ''h''<sup>2</sup> <0
* Kiểu ánh sáng: ''h<sup>2</sup>'' = 0
Giữa hai sự kiện có nhiều đường nối, nhưng đường nối ngắn nhất gọi là [[đường trắc địa]].
 
Trong cả hai [[thuyết tương đối|lý thuyết tương đối]], một vật thể trong không thời không gian đi theo [[vũ trụ tuyến]] hướng từ quá khứ tới tương lai. Vũ trụ tuyến của hạt [[photon]] là đường nối giữa các sự kiện liên tục có khoảng cách kiểu ánh sáng (''s''<sup>2</sup> = 0); vũ trụ tuyến của các vật thể có khối lượng có kiểu thời gian. Khoảng cách giữa hai sự kiện trên một vũ trụ tuyến còn gọi là [[thời gian riêng]], thời gian giữa hai sự kiện đo được bởi một quan sát viên đi theo vũ trụ tuyến này từ sự kiện này tới sự kiện kia.
 
Trong [[thuyết tương đối rộng|lý thuyết tương đối rộng]], vật thể chuyển động theo [[quán tính]] đi theo đường trắc địa kiểu thời gian.