¿Tiene sentido preguntar si el tiempo y el espacio comparten propiedades de un grupo llamado ‘dimensiones’, y que esas propiedades conducen naturalmente a la utilidad de agruparlas en el espacio-tiempo?

Agruparlos juntos permite convertir muchas leyes y efectos físicos en hechos geométricos puros. Por ejemplo, en la relatividad especial cuando el objeto A pasa a otro objeto B, otros objetos y eventos pueden tener diferentes coordenadas y tiempos en los marcos de referencia de A y B. Cuando el espacio-tiempo se representa como un espacio 4D, el cambio de un marco de referencia a otro se convierte en una simple rotación (solo usando pecado y cos hiperbólicos en lugar de los habituales).

La distancia 3D entre dos eventos, sin tener en cuenta el tiempo, no es la misma para diferentes observadores, sin embargo, si agregamos tiempo a la métrica para convertirse en 4ta dimensión, la nueva “distancia” en el espacio-tiempo se vuelve invariable, es decir, la misma para todos los observadores.

La “paradoja gemela” tiene una resolución trivial: esto es solo la desigualdad triangular.

El tiempo medido por un viajero en el espacio-tiempo curvo de la relatividad general se convierte en una distancia recorrida en términos de métrica de espacio-tiempo 4d.

La trayectoria de un objeto en caída libre en el campo gravitacional se convierte en una curva en el espacio-tiempo con propiedad puramente geométrica: transporte paralelo de su vector tangente.

En general, la relatividad de las leyes locales de conservación de la energía y el impulso se convierten en algo muy geométrico: la divergencia del tensor de energía de estrés es cero.

Y así. Esta geometrización del espacio y el tiempo en una estructura hace que las teorías físicas sean bastante hermosas.

Los espacios hipotéticos de “altura-masa” o “densidad de color” no tienen esas hermosas cualidades de invariancia y no se convierten entre sí como el espacio y el tiempo.

En la teoría de la relatividad, el espacio-tiempo es un objeto tetradimensional muy natural que tiene una métrica llamada Tiempo adecuado, [math] \ tau [/ math], con la siguiente propiedad:

[matemáticas] (c \ tau) ^ 2 = (c \ Delta t) ^ 2 – (\ Delta x) ^ 2 – (\ Delta y) ^ 2 – (\ Delta z) ^ 2 [/ matemáticas]

Esto proporciona una medida del tiempo de reloj entre dos eventos en el espacio-tiempo medido por un reloj que se mueve en una línea mundial entre los dos eventos.

Muestra que el tiempo y el espacio están íntimamente relacionados y, hasta cierto punto, son intercambiables, aunque debe tener en cuenta los diferentes signos dados a las coordenadas del espacio en comparación con la coordenada del tiempo.

De hecho, necesitamos un marco de cinco dimensiones para incorporar la relatividad general, donde la gravedad está representada por la curvatura en el espacio-tiempo. Esta quinta dimensión no es directamente accesible, pero sus efectos, como la curvatura de la luz alrededor de objetos masivos, son algunas de las predicciones que se han confirmado repetidamente para la Teoría general de la relatividad.

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