A teoria das cordas unifica espaço e tempo

teoria da relatividade especial de Einstein teve implicações de longo alcance, mas deixou em aberto certas questões que a teoria das cordas pretende responder. Ele alterou a nossa compreensão do tempo e do espaço. Ele fornece um quadro teórico que nos diz como funciona a gravidade,

teoria da relatividade especial de Einstein criado um elo fundamental entre o espaço eo tempo. O universo pode ser visto como tendo três dimensões espaciais - para cima / baixo, esquerda / direita, frente / trás - e uma dimensão de tempo. Este espaço 4-dimensional é referido como o continuum espaço-tempo.

Se você se mover rápido o suficiente através do espaço, as observações que você faz sobre o espaço eo tempo diferem um pouco das observações que outras pessoas, que se deslocam em diferentes velocidades, fazer.

A teoria das cordas apresenta muitas mais dimensões espaciais, assim agarrar como as dimensões no trabalho relatividade é um ponto de partida crucial para entender alguns dos aspectos confusos da teoria das cordas.

Após o feixe saltando de luz

A razão para esta ligação espaço-tempo vem aplicando os princípios da relatividade e da velocidade da luz com muito cuidado. A velocidade da luz é a distância percorrida pela luz dividida pelo tempo que demora a percorrer este caminho, e (de acordo com segundo princípio de Einstein) todos os observadores devem concordar com esta velocidade.

Às vezes, porém, diferentes observadores discordam sobre a distância que um feixe de luz tem viajado, dependendo de como eles estão se movendo através do espaço. Isto significa que para obter a mesma velocidade desses observadores devem discordar sobre o tempo que o feixe de luz viaja a distância dada.

Você pode imaginar isso por si mesmo através da compreensão da experiência de pensamento representada nesta figura. Imagine que você está em uma nave espacial e segurando um laser para que ele dispara um feixe de luz diretamente para cima, atingindo um espelho que você colocou no teto. O feixe de luz depois volta para baixo e atinge um detector.

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No entanto, a nave se desloque a uma velocidade constante de metade da velocidade da luz (0,5c, como os físicos iria escrevê-lo). De acordo com Einstein, isso não faz diferença para você - você não pode sequer dizer que você está se movendo. No entanto, se o astronauta âmbar estavam espionando você, como na parte inferior da figura, seria uma história diferente.

Âmbar veria o seu feixe de luz viajam para cima ao longo de um caminho diagonal, atingir o espelho, e depois viajar para baixo ao longo de um caminho diagonal antes de atingir o detector. Em outras palavras, você e Amber veria diferente caminhos para a luz e, mais importante ainda, esses caminhos não são ainda o mesmo comprimento.

Isso significa que o tempo que o feixe leva para ir do laser para o espelho para o detector também deve ser diferente para você e Amber para que ambos concordam sobre a velocidade da luz.

Este fenómeno é conhecido como dilatação do tempo, onde o tempo em um navio movendo muito rapidamente parece passar mais devagar do que na Terra. Em alguns aspectos, este aspecto da relatividade pode ser usado para permitir viagens no tempo. Na verdade, ele permite que a única forma de viagem no tempo que os cientistas sabem com certeza é fisicamente possível.

Por mais estranho que pareça, este exemplo (e muitos outros) demonstra que, em teoria da relatividade, espaço e tempo de Einstein estão intimamente ligados entre si. Se você aplicar equações de transformação de Lorentz, eles trabalham fora de modo que a velocidade da luz é perfeitamente consistente para ambos os observadores.

Este comportamento estranho de espaço e tempo só é evidente quando você está viajando perto da velocidade da luz, de modo que ninguém nunca tinha observado isso antes. Experimentos realizados desde a descoberta de Einstein confirmaram que é verdade - tempo e espaço são percebidos de forma diferente, exatamente da maneira Einstein descrito, por objetos que se movem perto da velocidade da luz.

Construir o continuum espaço-tempo

O trabalho de Einstein havia demonstrado a conexão entre o espaço eo tempo. Na verdade, sua teoria da relatividade especial permite que o universo a ser mostrado como um modelo de 4-dimensional - três dimensões espaciais e uma dimensão de tempo. Neste modelo, o caminho de qualquer objeto através do universo pode ser descrito pela sua Worldline através das quatro dimensões.

Um dos elementos deste trabalho é a Minkowski (um velho professor de Einstein) diagrama, que mostra o caminho de um objecto através do espaço-tempo. Ela mostra um objecto de um gráfico, em que um eixo é o espaço (todas as três dimensões são tratadas como uma dimensão para simplicidade) e o outro eixo é o tempo.

Como um objecto se move através do universo, a sua sequência de posições representa uma linha ou curva no gráfico, dependendo da forma como ele viaja. Este caminho é chamado de objeto de Worldline, como mostrado na figura. Na teoria das cordas, a idéia de um Worldline torna-se expandido para incluir o movimento de cordas, em objetos chamados worldsheets.

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