STRUKE:

prostor-vrijeme

ilustracija
PROSTOR-VRIJEME, prikaz prostora–vremena svjetlosnim čunjevima

prostor-vrijeme, u teoriji relativnosti, prostor opisan trima prostornim koordinatama i četvrtom koordinatom koja je razmjerna vremenu. Matematički se temelji na homogenosti i izotropnosti četverodimenzionalne prostorno-vremenske neprekinutosti. Dok ono što se opaža i mjeri kao prostor i kao vrijeme ovisi o gibanju promatrača i za različite je opažače različito, prostor-vrijeme svakomu je isto. U klasičnoj fizici prostor i vrijeme su apsolutni, vječni i nepromjenjivi, potpuno neovisni jedno o drugomu. Nedostaju metrike (metričke forme) koje bi prostor i vrijeme povezale i učinile ih međusobno isprepletenim veličinama i najveća (gornja, granična) brzina, npr. brzina svjetlosti u relativističkoj fizici. Herman Minkowski uveo je 1908. novu veličinu w za određivanje vremena, zasnivajući ju kao četvrtu dimenziju u fizici. Imaginarna koordinata uvedena je u obliku w = ict, odnosno Δw = ic Δt, gdje je i =  −1 , c brzina svjetlosti, a t vrijeme, kako bi se geometrija prostor-vremena formalno što manje razlikovala od euklidskoga prostora. Postoji, ipak, fundamentalna razlika između euklidske geometrije i Lorentzove geometrije prostor-vremena (→ lorentzove transformacije). U euklidskoj je geometriji kvadrat udaljenosti (kvadrat linijskoga elementa) pozitivna, invarijantna veličina. U Lorentzovoj geometriji, pak, kvadrat linijskoga elementa može biti pozitivan, negativan, ili jednak nuli, ovisno o tom prevladava li u njemu vremenski ili prostorni član. To se može prikazati tablicom:

Vrijeme u Lorentzovoj geometriji

 

opis kvadrat linijskoga elementa naziv
vremenski član prevladava nad prostornim pozitivan vremenoliki interval
vremenski član jednak prostornom nula svjetloliki interval
prostorni član prevladava nad vremenskim negativan poprostoreni interval

Uobičajeni nazivi za vremenoliki interval između dvaju događaja još su pravo vrijeme, mjesno (lokalno) vrijeme te svojstveno vrijeme, a za poprostoreni interval između dvaju događaja još su prava udaljenost i invarijantna poprostorena udaljenost. Vremenolika i poprostorena područja najbolje su predočena u prikazima prostor-vremena svjetlosnim čunjevima, dvama uspravnim kružnim stošcima kojima je os na istom pravcu i dodiruju se vrhovima. Svjetlosni signali izviru iz vrha čunjeva. Točke izvan čunjeva međusobno se poprostoreno razlikuju od vrha čunjeva, a točke unutar čunjeva vremenoliko su razdvojene. Točke u poprostorenim područjima izvan čunjeva opisuju događaje koji su kauzalno nepovezani s opažačem smještenim u vrhu čunjeva. U svjetlosnome čunju čestica mora slijediti vremenoliku svjetsku liniju. Takva linija predočena je mjesnom tangentom u svakoj točki, ako je tangenta položena između svjetskih linija svjetlosnih zraka što izviru u toj točki. Svjetlosne zrake koje omeđuju čunjeve su nula-zrake ili nula-linije relativnosti, to su staze što ih ocrtavaju čestice bez mase kada se gibaju brzinom svjetlosti. Signali (informacije) ne mogu, ni u načelu, prodrijeti u kauzalno nepovezano mjesto jer bi tada foton ili bilo koja čestica bez mase imali brzinu veću od brzine svjetlosti. Svjetlosni je čunj temeljna predodžba u relativističkoj slici svijeta jer otkriva prostorno-vremenske relacije i cjelokupnu kauzalnu strukturu teorije relativnosti. Svjetlosni čunj ima osobito svojstvo simetrije – konformnu invarijantnost, tj. njegova se struktura ne mijenja pod konformnim transformacijama (promjenama ljestvice).

Citiranje:
prostor-vrijeme. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2020. Pristupljeno 5. 12. 2020. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=50718>.