Khác biệt giữa các bản “Không-thời gian”

không có tóm lược sửa đổi
n (Cocacolakogas đã đổi Không thời gian thành Thời không gian)
{{Bài cùng tên|Không gian và thời gian (định hướng)}}
'''Thời Không''' hay- '''Thờithời Không Giangian''', 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 ''Thời - Không gian liên tục''.
 
Các văn liệu khoa học vật lý tại Việt Nam sử dụng thuật ngữ "''Không-thời gian''"<ref>[http://360.thuvienvatly.com/bai-viet/thien-van-vu-tru/4543-khong-thoi-gian-la-gi Không-thời gian là gì?]. Thư viện Vật lý, 12/2019. Truy cập 10/08/2020.</ref><ref> [[Stephen Hawking]], ''Lược sử thời gian: Từ Vụ nổ lớn đến các lỗ đen'', Cao Chi và Phạm Văn Thiều dịch, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, 1995; Nhà xuất bản Trẻ, tái bản 2007. p.132.</ref>
 
== Giới thiệu ==
Trong [[cơ học cổ điển]], [[thời gian]] và [[không 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 thời-không - thời 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 thời-không-thời 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 thời không-thời gian. Công thức trên cho thấy, chiều thời gian không đối xứng (không tráo đổi tùy ý) với các chiều không gian.
 
== Thời - Không-thời gian phẳng ==
:''Xem bài chính [[mêtric Minkowski]], [[Véctơ-4]]''
Trong [[thuyết tương đối hẹp|lý thuyết tương đối hẹp]], không-thời không gian là thời-không -thời 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 thời không thời 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]].
 
== Thời - Không-thời gian cong ==
Trong [[thuyết tương đối rộng|lý thuyết tương đối rộng]], thời không-thời gian có thể cong. Sự cong của thời không gian gây ra bởi sự có mặt của [[vật chất]], tóm tắt trong [[phương trình trường Einstein|phương trình Einstein]]. Các thời không gian cong được đặc trưng bởi [[tenxơ mêtric]] của thời không gian, nghiệm của phương trình Einstein khi cho biết một sự sắp đặt của vật chất.
 
Một số 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 thời không gian quanh hố đen.