¿Son el espacio y el tiempo dos dimensiones separadas?

De acuerdo, sé que hay varios profesores que ya han escrito una respuesta brillante sobre este tema y realmente lo han logrado. Y solo soy un estudiante de 12º grado, así que solo me esfuerzo por escribir la respuesta con mi comprensión básica.
Las tres dimensiones bien conocidas de las que generalmente hablamos son x, y y z. Estas son 3 dimensiones espaciales y generalmente la parte de “Nuestro” universo tridimensional generalmente denotado por longitud, anchura y altura. Para ubicar cualquier punto en nuestro universo solo necesitamos mencionar 3 cosas a la vez, es decir, sus coordenadas x, y y z y bam, ¡incluso un laico puede ubicarlo! Es bastante difícil para nosotros pensar en una cuarta dimensión, solo podemos dibujar tres líneas mutuamente perpendiculares entre sí y no podemos pensar en la forma de dibujar la cuarta.
Pero al localizar una cosa, también debemos mencionar a qué hora estaba allí. Por ejemplo, necesito decirte la ubicación de un globo, entonces diré que a 50m de largo, 30m de ancho y 20m de altura puedes encontrar el globo, pero nunca puedes estar seguro del tiempo, tal vez te estoy dando estos detalles para un día en particular y fuiste allí algún otro día! Por lo tanto, el tiempo es la cuarta dimensión porque necesita mencionarlo para denotar un punto en el espacio.
Ahora, surge la pregunta de que si estas 3 dimensiones (espacio) son diferentes a nuestra cuarta dimensión (tiempo). Bueno, para eso considera sostener esas tres líneas perpendiculares en tus manos por un tiempo. Ahora sabes por sentido común básico que con cada giro puedes cambiar completamente la orientación espacial de las tres líneas y así cambiar su dimensión. La línea que era antes x ahora puede ser y o z y eso solo con un solo giro. Lo mismo ocurre con el espacio y el tiempo, son dimensiones completamente diferentes pero están interconectadas.

Kishan, su pregunta es mejor que la mayoría de las respuestas aquí, con el debido respeto a mis colegas. Como sabes, agregar dimensiones a una ecuación matemática es un juego de niños. Si, por ejemplo, el exponente de una variable es 10, entonces esa es una ecuación con 10 dimensiones. El mundo real no funciona así.

¡ Los teóricos de cuerdas engañados tenían hasta 26 dimensiones de espacio-tiempo la última vez que miré!

Mi respuesta a tu difícil pregunta está abajo. Espero que tenga sentido.

Los mejores deseos.

En 1906, poco después de que Albert Einstein anunciara su teoría especial de la relatividad, su ex profesor universitario de matemáticas, Hermann Minkowski, desarrolló un nuevo esquema para pensar sobre el espacio y el tiempo que enfatizaba sus cualidades geométricas. En su famosa cita pronunciada en una conferencia pública sobre relatividad, anunció que:

“Los puntos de vista sobre el espacio y el tiempo que deseo exponer ante ustedes han surgido del suelo de la física experimental, y ahí radica su fuerza. Son radicales. En adelante, el espacio en sí mismo y el tiempo en sí mismo están condenados a desvanecerse en meras sombras, y solo una especie de unión de los dos preservará una realidad independiente “.

Esta nueva realidad fue que el espacio y el tiempo, como construcciones físicas, deben combinarse en una nueva entidad matemática / física llamada ‘Espacio-Tiempo’, porque las ecuaciones de la relatividad muestran que tanto las coordenadas de espacio como de tiempo de cualquier evento deben mezclarse juntos por las matemáticas, para describir con precisión lo que vemos. Como el espacio consta de 3 dimensiones y el tiempo es unidimensional, el espacio-tiempo debe ser, por lo tanto, un objeto de 4 dimensiones.

Se cree que es un ‘continuo’ porque, hasta donde sabemos, no faltan puntos en el espacio o instantes en el tiempo, y ambos pueden subdividirse sin ningún límite aparente en tamaño o duración. Entonces, los físicos ahora consideran rutinariamente que nuestro mundo está incrustado en este continuo espacio-tiempo de 4 dimensiones, y todos los eventos, lugares, momentos en la historia, acciones, etc. se describen en términos de su ubicación en el espacio-tiempo.

El espacio-tiempo no evoluciona, simplemente existe. Cuando examinamos un objeto particular desde el punto de vista de su representación espacio-temporal, cada partícula se ubica a lo largo de su línea mundial. Esta es una línea tipo espagueti que se extiende desde el pasado hasta el futuro y muestra la ubicación espacial de la partícula en cada instante en el tiempo. Esta línea mundial existe como un objeto completo que puede ser cortado aquí y allá para que pueda ver dónde se encuentra la partícula en el espacio en un instante particular.

Una vez que determina la línea mundial completa de una partícula a partir de las fuerzas que actúan sobre ella, ha “resuelto” su historia completa. Esta línea mundial no cambia con el tiempo, sino que simplemente existe como un objeto atemporal. Del mismo modo, en la relatividad general, cuando resuelves ecuaciones para la forma del espacio-tiempo, esta forma no cambia en el tiempo, sino que existe como un objeto intemporal completo. Puede cortarlo aquí y allá para examinar cómo se ve la geometría del espacio en un instante en particular. Examinar segmentos consecutivos en el tiempo le permitirá ver si, por ejemplo, el universo se está expandiendo o no.

¿Donde empezar?
a) La plausibilidad no da el mandato de atajar el método científico. El falso experto siempre es plausible, y rara vez tiene razón. El verdadero experto es mayormente correcto y plausible porque la idea también ha sido validada por el método científico.
b) Tu idea plausible detrás de esta pregunta tomó y requería un espacio neuronal muy real en tu cabeza, por lo que decir que las ideas existen en el tiempo y no ocupan espacio, es incorrecto. No sé cómo expresar una idea que no requiera espacio para hacerlo. Una idea requiere un cierto número de bits definidos por su contenido de información, y no puede encajar un bit en un objeto de dimensión cero, por lo tanto, la información ocupa espacio y las ideas requieren espacio para existir.

hagamos algo gratis para todos los que piensen. La palabra “espacio” es una abstracción como lo es “tiempo”. El espacio aún no tiene forma, parece estar en todas partes; ninguna sustancia pero sin ella solo existiría la sustancia. El tiempo, por otro lado, es un elemento determinante profundo en nuestras vidas, aunque ni lo vemos ni lo sentimos. El “tiempo pasa” y llena el universo de importancia al afectar la distancia de cada partícula, partícula subatómica y cosas grandes y pequeñas, desde su principio hasta su final. Pero ni el espacio ni el tiempo son una dimensión separada; Esto se debe a que simplemente no existen. El espacio es la separación de un objeto tridimensional de otro objeto tridimensional; es decir, el espacio no es nada y, sin embargo, es el depósito de todas las cosas, así que, como depósito, ¿toma el espacio el carácter de las cosas dimensionales dentro de él? No, y sin embargo, sin espacio, todo chocaría y nada existiría. Por lo tanto, nada mantiene las cosas separadas. Ese es el enigma y la maravilla. Dean Brunel

Si aceptamos que escribimos una geodésica particular como:
(c \ Delta s) ^ 2 = (c \ Delta t) ^ 2 – (\ Delta x) ^ 2 – (\ Delta y) ^ 2 – (\ Delta z) ^ 2
entonces debemos aceptar que el tiempo es otra dimensión. De hecho, en cualquier modelo de relatividad general a cualquier escala, con o sin expansión, etc., el tiempo se escribe como una dimensión independiente: (ct) ^ 2. Sí, está intrínsecamente relacionado con el espacio, pero aún así se trata como otra dimensión. El concepto de Einstein de que no hay un marco temporal absoluto: todo es relativo, es cierto en un marco temporal pequeño o espacialmente localizado, pero cuando el espacio de expansión se vuelve significativo, hay otro momento que entra en juego. Ese es el tiempo cósmico. Esta es esencialmente la edad del universo medida en cualquier marco espacio-temporal del universo. En ese caso, el tiempo cósmico puede tratarse como un tiempo absoluto, al igual que el fondo cósmico de microondas puede tratarse como un espacio absoluto (en un corto período de tiempo). Curiosamente, cuando lo miras de esta manera, el eje “ct” de la relatividad especial está intrínsecamente vinculado al tiempo cósmico. Todas las destilaciones de tiempo son “relativas” al tiempo cósmico.

En términos más simples, dado que el espacio 3D se está expandiendo, se requiere otra dimensión. Curiosamente, esa dimensión es el tiempo. El tiempo es una dimensión que es normal (perpendicular) a todas las dimensiones espaciales. Cuando te acercas al horizonte del universo observable, las dimensiones espaciales (espacio 3D) dominan y el tiempo se “congela”. Esto es justo lo que se observa cuando vemos nuestra expansión del universo cerca del horizonte. En nuestro marco local, su sala de estar, por ejemplo, la expansión es insignificante (cero). En ese caso, el espacio es fijo y percibimos la dimensión del tiempo como el tictac de nuestros relojes. Voila!

El tiempo es una dimensión solo en un sentido matemático. Las dimensiones espaciales son construcciones matemáticas que nos ayudan a estudiar el universo y hacer cálculos y predicciones. No son mezclables excepto en ecuaciones relativistas … No son lo mismo porque no se definen de la misma manera y se definen para diferentes propósitos.
La mayor diferencia es que en realidad puedes ir y venir en dimensiones espaciales. No hay forma posible en el universo de retroceder en el tiempo. En el mejor de los casos, a la velocidad de la luz, el tiempo se congela. Nunca más vuelve.

El espacio es tangible y está contenido en 3 dimensiones.

El tiempo es una coordenada y no complementa la materia para crear algo nuevo. Si escribí una fecha en un cubo, no mejora ni mejora la existencia del cubo. El tiempo es una referencia. El tiempo es el único aspecto no físico de la realidad que puede subdividirse.

El tiempo no tiene importancia. Antes de que se pueda decir la hora correcta, esa hora será incorrecta o ya no existirá. Para cuando pueda decir que son las 5:00 pm, pasarán varios segundos pasando las 5: 0opm y contando.

El tiempo y el espacio son dimensiones separadas.
En pocas palabras, si cabe en una caja, son 3 dimensiones
Si existe, pero no cabe en una caja, está fuera de 3d y, por lo tanto, de la cuarta dimensión.

Su intuición de que el espacio y el tiempo son distintos y separados ha sido refutada por la Teoría General de la Relatividad (GTR) que, a su vez, ha demostrado ser muy precisa.

En GTR se postula un objeto de cuatro dimensiones llamado espacio-tiempo en el que:

• La masa da como resultado una curvatura del espacio-tiempo que aparece como gravedad;
• El tiempo es un concepto relativo y localmente definido: no hay tiempo universal y “simultáneo” es también un concepto relativo; y
• Las cuatro coordenadas del espacio-tiempo están relacionadas por el llamado tiempo propio, [matemáticas] \ tau [/ matemáticas], por la ecuación [matemáticas] (c \ Delta \ tau) ^ 2 = (c \ Delta t) ^ 2 – (\ Delta x) ^ 2 – (\ Delta y) ^ 2 – (\ Delta z) ^ 2 [/ math]

Por lo tanto, el “tiempo” y el “espacio” que parecen ser entidades separadas en nuestra experiencia no relativista resultan ser algo intercambiables. Sin embargo, estos efectos solo se vuelven significativos a velocidades cercanas a la de la luz o en áreas de gravedad intensa. Sin embargo, son lo suficientemente grandes como para ser notables en la órbita de Mercurio alrededor del Sol y afectar el funcionamiento de los sistemas GPS.

El tejido del espacio y el tiempo nunca puede separarse. Se puede entender por separado, y solo se estudia de esa manera. Es por eso que los agujeros negros son estudiados por físicos. En singularidad, la estructura del espacio y el tiempo convergen en un solo punto. En cualquier otro lugar, podemos asignar dimensiones separadas al espacio y al tiempo, ya que lo percibimos de esa manera. Si hubiera un ser dimensional superior, entonces tendría sus propias definiciones de espacio y tiempo.

Si por “dimensión” nos referimos a las tres dimensiones espaciales bien conocidas ( x, y y z (o longitud (una dimensión), área (longitud + ancho , dos dimensiones) y volumen (ancho + alto , tres dimensiones) especificando un “ubicación” en el espacio tridimensional, entonces el espacio y el tiempo están separados. Einstein ( Minkowski , en realidad) agregó “tiempo” como una “dimensión” en el sentido de que el valor “tiempo” especifica una “ubicación en el tiempo” para el primer tres dimensiones ( x, y, z, t ) y bingo. Cuatro “dimensiones”, pero el término t no es una “dimensión” en términos matemáticos.

Para simplificar: al hacer una fecha no es suficiente especificar en qué barra cumplir (coordenadas x, y y z en la cuadrícula de la Tierra), también necesitamos especificar una hora …

En el Universo un tanto peculiar de Einstein (llamado ” Universo de bloque “), todo lo que sucedió (o sucederá) ya ha sucedido (!), Y está “congelado” como el marco de una película, donde la parte del “tiempo” especifica el “número de cuadro” o “segmento del bloque espacio-tiempo” …

Paul Davies escribió un artículo interesante para Scientific American sobre este tema, con el título That Mysterious Flow . ( JCN Smith ha escrito una serie de ensayos sobre lo que realmente es el “tiempo”, en Time – Illusion and Reality ).

Existimos en 3 dimensiones del espacio y una dimensión del tiempo. Tiempo espacial. Es conveniente combinar los dos, espacio y tiempo, para hacer ciertos cálculos. En la relatividad especial, el tiempo no es fijo, sino que se dilata o comprime cuando la masa viaja a velocidades que son un porcentaje significativo de c.

El tiempo es una dimensión en el sentido de que no podemos salir de él. Estamos tan inextricablemente unidos al tiempo como lo estamos al espacio. Puede hablar sobre un cubo, que tiene longitud, ancho y profundidad fuera del tiempo, pero es solo para fines matemáticos o ilustrativos. Si realmente tuvo un cubo o lo hizo, debe existir tanto en el espacio como en el tiempo.

En el vacío del espacio, ¿qué es exactamente el espacio? ¿Es más tangible que nuestra construcción humana del tiempo?

La mayor parte de la confusión proviene de los diferentes usos de la palabra dimensión . En ciencia ficción a menudo se refiere a un universo paralelo. En el contexto del espacio o del espacio-tiempo, las dimensiones son variables o medidas que son matemáticamente independientes y, sin embargo, de alguna manera están relacionadas. Para un científico o matemático, el espacio no es una dimensión; El espacio consta de tres dimensiones correspondientes a las tres coordenadas necesarias para especificar una ubicación. El espacio-tiempo tiene cuatro dimensiones: tres de espacio y una de tiempo.

Tiene razón en que la dimensión temporal (tiempo) es diferente de las tres dimensiones espaciales. La motivación para agrupar las cuatro variables juntas es la relatividad especial. Minkowski observó que la fórmula de distancia euclidiana

[matemáticas] s_e = \ sqrt {\ Delta x ^ 2 + \ Delta y ^ 2 + \ Delta z ^ 2} [/ matemáticas]

(basado en el teorema de Pitágoras) no funciona de acuerdo con la relatividad especial. Los observadores en movimiento relativo obtienen diferentes medidas para la misma distancia. Lo que funciona (para marcos de referencia inerciales) es

[math] s_m = \ sqrt {\ Delta x ^ 2 + \ Delta y ^ 2 + \ Delta z ^ 2-c ^ 2 \ Delta t ^ 2} [/ math].

Este fue el motivo para declarar que el tiempo era una dimensión.

El tiempo no es una dimensión. Es un concepto derivado del movimiento cíclico regular. No existe el tiempo. Su visión de la situación es bastante correcta. Cuando desee tomar un cuerpo de conocimiento y convertirlo en una mala religión, debe obligar a las personas a creer algunas cosas clave que no pueden ser ciertas.