Czas i przestrzeń jako jedność – przełom Minkowskiego
Teoria względności Alberta Einsteina pokazała, że czas, przestrzeń i grawitacja mają głęboki, czterowymiarowy charakter. Jednak pierwszą osobą, która naprawdę to zrozumiała – już po publikacji pracy Einsteina – był jego dawny nauczyciel z Politechniki w Zurychu, Hermann Minkowski. To właśnie on dostrzegł, że Einstein odkrył coś fundamentalnego i geometrycznego na temat natury czasu i przestrzeni
Zafascynowany szczególną teorią względności Minkowski stwierdził, że od tego momentu, dzięki Einsteinowi, czas i przestrzeń nie mogą być już rozważane oddzielnie – są one aspektami jednej, głębszej rzeczywistości.
Od nieufności do zrozumienia – naukowa ewolucja Einsteina
Einstein początkowo narzekał, że kiedy matematycy „dobrali się” do jego teorii względności, sam przestał ją rozumieć. Później jednak wycofał się z tych słów, gdy pracował nad włączeniem grawitacji w ową teorię – wtedy musiał solidnie nauczyć się matematyki, aby zrozumieć, co tak naprawdę dostrzegł Minkowski.
Czym są linie świata? Fizyczna geometria ruchu
Z punktu widzenia czasoprzestrzeni ruch cząstki punktowej to krzywa w tej czasoprzestrzeni – nazywana za Minkowskim linią świata. Podczas swojego wystąpienia dr Tomasz Miller wyjaśnia kluczowe właściwości tej linii, posługując się grafikami i efektami wizualnymi.
Stożki świetlne i zakrzywiona rzeczywistość
W ujęciu Minkowskiego czasoprzestrzeń, którą odkrył Einstein, to czterowymiarowa struktura, w której można umieszczać stożki świetlne – pokazujące, w jaki sposób cząstki mogą się poruszać w czasoprzestrzeni.
Zakrzywienie czasoprzestrzeni i narodziny czarnych dziur
Po śmierci Minkowskiego okazało się, że czasoprzestrzeń może się zakrzywiać, a stożki świetlne – skręcać, rozszerzać się lub zwężać. Dzięki takiemu geometrycznemu podejściu Einstein mógł dostrzec zupełnie nowe właściwości własnej teorii. Jednym z jej najważniejszych obiektów badań stały się czarne dziury.
Czarne dziury i Wielki Wybuch to nie fikcja
Obraz świata, który wyłania się z teorii względności – z jego liniami świata, stożkami świetlnymi i geometrią czasoprzestrzeni – doprowadził Rogera Penrose’a i Stephena Hawkinga do głębokich twierdzeń. Wynika z nich, że czarne dziury muszą istnieć i powstawać we Wszechświecie – tak nakazuje ogólna teoria względności. Kosmologia Wielkiego Wybuchu jest jej logiczną konsekwencją. Nie ma ucieczki przed takim obrazem rzeczywistości.
Dr Tomasz Miller jest doktorem oraz fizykiem matematycznym, który zgłębia struktury geometryczne leżące na pograniczu ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej. To także autor i współautor kilkunastu artykułów naukowych i popularnonaukowych, adiunkt w Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zajmuje się również geometrią czasoprzestrzeni. Wraz ze swoim kolegą podjął próbę rozszerzenia tej geometrii z cząstek punktowych na chmurki prawdopodobieństwa.
Redakcja: Michał Gruda i Małgorzata Jasińska (Centrum Współpracy z Otoczeniem i Społecznej Odpowiedzialności Uczelni)