Teoria da corda 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 de tempo e 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, faça.

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

Seguindo o feixe de luz saltando

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 (segundo a 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 directamente para cima, atingindo um espelho que você colocou no teto. O feixe de luz, em seguida, volta para baixo e atinge um detector.

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 mesmo 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, greve no espelho, e em seguida, 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 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 com a velocidade da luz.

Este fenômeno 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 a viagem 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, assim 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 tinha mostrado a ligação entre espaço e 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 objeto 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 de simplicidade) e o outro eixo é o tempo.

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