Erdvėlaikis (angl. Spacetime) – vieningas erdvės ir laiko pavadinimas matematiškai keturmatėje erdvėje, kurioje trys koordinatės rodo kūno padėtį, o ketvirtoji – laiką.
Kūno kelias erdvėlaikyje vadinamas pasaulio linija. Erdvėlaikio koncepciją įvedė A. Einšteinas specialiojoje ir bendrojoje reliatyvumo teorijose.
Specialiojoje reliatyvumo teorijoje nagrinėjamas tik inercinis judėjimas ir ten erdvėlaikis yra plokščias. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje erdvėlaikis yra kreivas, nes jį iškreipia jame esančių kūnų masių gravitacija. Dėl to keičiasi erdvės geometrija.
Plokščias ir kreivas erdvėlaikis
Specialioji reliatyvumo teorija nagrinėja tik inercinį judėjimą. Šiuo atveju erdvėlaikis laikomas plokščiu. Jame kūnai juda tiesėmis, jei jų neveikia jėgos.
Tačiau bendroji reliatyvumo teorija pateikia kitokį vaizdą. Čia erdvėlaikis yra kreivas. Jį iškreipia jame esančių kūnų masių gravitacija. Dėl šio poveikio keičiasi pati erdvės geometrija.
Galima įsivaizduoti įtemptą audinį. Sunkaus rutulio padėjimas jį išlenkia. Panašiai veikia ir žvaigždės bei planetos. Jos sukuria įdubas aplink save. Mažesni objektai tiesiog rieda šiomis įdubomis. Tai mes vadiname gravitacijos trauka.
Pasaulio linijos ir judėjimas
Kiekvienas objektas Visatoje turi savo pasaulio liniją. Net jei stovite vietoje, jūs judate laiko koordinatėje. Jūsų linija driekiasi iš praeities į ateitį. Jei pradedate judėti erdvėje, linija pasvyra. Šviesos greitis yra didžiausia įmanoma riba. Jokia pasaulio linija negali būti statesnė už šviesos spindulio kelią.
Keturi esminiai faktai apie erdvėlaikį
Ši teorija pakeitė mūsų supratimą apie fizikinę tikrovę:
- Laiko santykinumas: Laikas teka skirtingai priklausomai nuo judėjimo greičio. Prie masyvių kūnų jis sulėtėja.
- Vieninga struktūra: Erdvė ir laikas nėra atskiri dalykai. Jie sudaro vientisą „audinį“.
- Gravitacinės bangos: Pagreitėję masyvūs kūnai sukelia erdvėlaikio virpesius. Šios bangos sklinda šviesos greičiu.
- Juodosios skylės: Tai sritys, kur erdvėlaikis išlinksta be galo stipriai. Šviesa iš tokios duobės ištrūkti nebegali.
Gravitacinis lęšiavimas ir šviesos kelias
Masių sukeliamas išlinkis veikia ne tik planetas. Jis keičia ir šviesos spindulių trajektoriją. Kai šviesa skrieja pro masyvią galaktiką, jos kelias išlinksta. Tai vadinama gravitaciniu lęšiavimu.
Šis reiškinys veikia kaip milžiniškas kosminis didinimo stiklas. Astronomai naudoja šį efektą tolimiausiems objektams stebėti. Tai dar kartą patvirtina, kad erdvėlaikis nėra tuščia scena. Tai aktyvus ir reaguojantis Visatos elementas.
Visatos audinio dinamika
Šiuolaikinė fizika nebeįsivaizduojama be šio modelio. Būtent erdvėlaikis leidžia mums tiksliai apskaičiuoti planetų judėjimą. Jis paaiškina, kodėl šviesa linksta pro masyvias galaktikas.
Koncepcija sujungia geometriją su materija. Ji parodo, kad Visata yra dinamiška ir kintanti. Kiekviena masė palieka pėdsaką šiame keturmačiame tinkle. Tai formuoja visą mums žinomą kosminę tvarką.
