La théorie des cordes unifie espace et le temps

La théorie d'Einstein de la relativité restreinte a eu des répercussions profondes, mais il a laissé ouvertes certaines questions que la théorie des cordes espère répondre. Il a modifié notre compréhension du temps et de l'espace. Il fournit un cadre théorique qui nous dit comment la gravité fonctionne,

Sommaire

La théorie d'Einstein de la relativité restreinte a créé un lien fondamental entre l'espace et le temps. L'univers peut être considéré comme ayant trois dimensions de l'espace - haut / bas, gauche / droite, avant / arrière - et une dimension de temps. Cet espace à 4 dimensions est appelé le continuum espace-temps.

Si vous déplacez assez vite à travers l'espace, les observations que vous faites sur l'espace et le temps diffèrent quelque peu des observations que d'autres personnes, qui se déplacent à des vitesses différentes, font.

La théorie des cordes introduit beaucoup plus de dimensions de l'espace, de sorte saisissent façon dont les dimensions dans le travail de la relativité est un point de départ crucial pour comprendre certains des aspects déroutants de la théorie des cordes.

Après le faisceau de lumière qui rebondit

La raison de ce lien espace-temps vient de l'application des principes de la relativité et de la vitesse de la lumière très attentivement. La vitesse de la lumière est la lumière voyage à distance divisée par le temps qu'il faut pour parcourir le sentier, et (selon deuxième principe d'Einstein) tous les observateurs doivent convenir de cette vitesse.

Parfois, cependant, différents observateurs sont en désaccord sur la distance un faisceau de lumière a voyagé, selon la façon dont ils se déplacent à travers l'espace. Cela signifie que pour obtenir la même vitesse ces observateurs doit être en désaccord à propos du moment où le faisceau lumineux parcourt la distance donnée.

Vous pouvez imaginer ce pour vous-même par la compréhension de l'expérience de pensée représenté dans cette figure. Imaginez que vous êtes sur un vaisseau spatial et la tenue d'un laser de sorte qu'il tire un faisceau de lumière directement en place, en frappant un miroir que vous avez placé sur le plafond. Le faisceau de lumière revient ensuite vers le bas et frappe un détecteur.

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Cependant, le vaisseau spatial se déplace à une vitesse constante de la moitié de la vitesse de la lumière (0,5c, que les physiciens l'écrire). Selon Einstein, cela ne fait aucune différence pour vous - vous ne pouvez même pas dire que vous êtes en mouvement. Toutefois, si l'astronaute Ambre étaient espionnage sur vous, comme dans le bas de la figure, ce serait une autre histoire.

Ambre verrait votre faisceau de lumière vers le haut Voyage le long d'un parcours en diagonale, frapper le miroir, puis voyager vers le bas le long d'un parcours en diagonale avant de frapper le détecteur. En d'autres termes, vous et Amber verriez différent chemins de la lumière et, plus important encore, ces chemins ne sont même pas de la même longueur.

Cela signifie que le temps le faisceau prend pour aller du laser sur le miroir au détecteur doit également être différent pour vous et Amber afin que vous êtes d'accord sur la vitesse de la lumière.


Ce phénomène est connu sous le nom la dilatation du temps, où le temps sur un navire en mouvement très rapidement semble passer plus lent que sur la Terre. À certains égards, cet aspect de la relativité peut être utilisé pour permettre Voyage dans le temps. En fait, il permet la seule forme de Voyage dans le temps que les scientifiques savent à coup sûr est physiquement possible.

Aussi étrange que cela paraisse, cet exemple (et beaucoup d'autres) démontre que dans la théorie de la relativité d'Einstein, l'espace et le temps sont intimement liés entre eux. Si vous appliquez Lorentz équations de transformation, ils travaillent de sorte que la vitesse de la lumière est parfaitement compatible pour les deux observateurs.

Ce comportement étrange de l'espace et le temps est seulement évident lorsque vous voyagez à proximité de la vitesse de la lumière, afin que personne ne l'avait jamais observé auparavant. Les expériences menées depuis la découverte d'Einstein ont confirmé qu'il est vrai - temps et l'espace sont perçus différemment, précisément de la façon décrite Einstein, pour les objets en mouvement près de la vitesse de la lumière.

Construire le continuum espace-temps

Les travaux d'Einstein avait montré le lien entre l'espace et le temps. En fait, sa théorie de la relativité restreinte permet l'univers pour être montré comme un modèle à 4 dimensions - trois dimensions spatiales et une dimension de temps. Dans ce modèle, le chemin de tout objet à travers l'univers peut être décrit par son Worldline à travers les quatre dimensions.

Un des éléments de ce travail est le Minkowski (un vieux professeur d'Einstein) diagramme qui montre le chemin d'un objet dans l'espace-temps. Il montre un objet sur un graphe, où l'espace est un axe (les trois dimensions sont traitées comme une dimension pour plus de simplicité) et l'autre axe est le temps.

Comme un objet se déplace à travers l'univers, sa séquence de positions représente une ligne ou une courbe sur le graphique, en fonction de la façon dont il se déplace. Ce chemin est appelé l'objet de Worldline, comme représenté sur la figure. Dans la théorie des cordes, l'idée d'un Worldline devient élargi pour inclure le mouvement des cordes, en objets appelés worldsheets.

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