Gran pregunta No solo en sí mismo, como algo por lo que sentir curiosidad, sino que la forma en que lo preguntaste fue muy inteligente porque preguntaste sobre el “significado físico” (de considerar el espacio-tiempo como una cuarta dimensión). Hacer la pregunta de esa manera es como cuando el policía en el viejo programa de televisión Hawaii Five-O interrumpía a la gente y decía: “Solo los hechos, mamá”.
La física no es una sorpresa sobre el ser físico y la acción. El núcleo de casi todas las buenas preguntas en física asume que, en el fondo, lo que se busca es algún aspecto de la Naturaleza, del mundo físico, ya sea la trayectoria de las balas de cañón o la física de un agujero negro.
Para responder a la pregunta, al menos en parte, hay algunas cosas que debe saber o recordar: ¿Qué es una dimensión, de todos modos? Tenemos que definir nuestros términos primero. Por lo tanto, es necesario comprender qué significa un físico cuando usa la palabra, antes de responder el resto de la pregunta.
- Ahora se piensa que el tamaño del universo es infinito (sin curvatura). ¿Cómo puede un objeto finito hacer la transición a tamaño infinito?
- ¿Cuál es el punto básico de la corrección de Laplace y el efecto Doppler?
- Esta ecuación y = y_i + v_yi * t + (- 9.81 ^ * t ^ 2) / 2) me da la posición y de una pelota lanzada al aire. ¿Por qué la aceleración de la gravedad se multiplica por t ^ 2 y se divide por 2 y la velocidad inicial en y se multiplica por t?
- No me interesa la física, ¿qué debo hacer?
- ¿Cómo era Arnold Sommerfeld como asesor de doctorado?
Con ese fin, recuerde que una “dimensión” se considera físicamente como un “grado de libertad”. Entonces, las 3 dimensiones espaciales a las que tenemos acceso, por ejemplo, longitud, ancho y altura, también llamadas frente / atrás, arriba / abajo e izquierda / derecha, son las formas en que somos libres de movernos por el espacio, y nosotros mismos somos tridimensionales seres Este es el número mínimo de dimensiones espaciales, exactamente, para permitir la vida tal como la conocemos.
Si de alguna manera fuéramos seres bidimensionales, como A-cuadrado, un personaje del libro Flatland, un clásico, no podríamos ser organismos con un tracto digestivo completo, ya que nos dividiría en dos.
Entonces nuestro universo tiene 3 grados de libertad espacial, y un tipo diferente de libertad, el espacio-tiempo. SR reunió espacio y tiempo en una sola entidad, espacio-tiempo. Y ese es el cuarto grado de libertad que experimentamos en nuestro universo.
El espacio-tiempo, entonces, es ese grado de libertad para moverse a través del espacio y el tiempo, e intercambiar espacio por tiempo, razón por la cual a velocidades cercanas a la de la luz, o velocidades relativistas, cosas como el acortamiento de los objetos físicos en su dirección de movimiento , la desaceleración de los relojes incrustados en cualquier cosa física, como el Starship Enterprise quizás, está moviendo una fracción significativa de la velocidad de la luz, y la desaceleración del tiempo es algo relativo. No entraré en la “paradoja gemela” o por qué los relojes se desaceleran (observe la referencia física; no el tiempo, sino los relojes, disminuyen la velocidad) cuanto más cerca esté de un campo gravitacional (los relojes se mueven más lentamente cerca del suelo que a 30,000 pies, donde navegan los aviones, o cientos de millas sobre la tierra, en la llamada órbita terrestre baja. Y aquí tenemos un problema físicamente significativo que es ejemplar de la extrañeza de SR. Resulta que LEO y NEO (BAJO o CERCA) Los satélites de la órbita terrestre), especialmente las muchas docenas utilizadas para GPS aquí en la Tierra, se ven afectados por estar lejos del campo gravitacional de la Tierra (en comparación con una persona parada en el suelo) y por moverse a 17,000 mph o más. estos movimientos a través del espacio-tiempo hacen que los relojes a bordo de los satélites GPS, necesarios para la precisión en un cálculo GPS, sean diferentes a los relojes a los que hacemos referencia aquí en el suelo. Si no fuera por la relatividad, no habría forma de descubrir cómo correcto para esto, no hay ecuaciones para fi x arriba y sincronizar nuestros relojes arriba y abajo aquí, por así decirlo.
Ahora el tiempo no está solo, otra vez. Solo hay espacio-tiempo. Sin embargo, podemos considerarlo, para fines prácticos, de todos los días, como algo singular. Entonces, si el tiempo no fuera tratado como una dimensión, SR no tendría sentido. No pudimos explicar por qué el tiempo se ralentiza para algo que se mueve cerca de “c” en relación con un observador estacionario. No sabríamos por qué las partículas subatómicas con vidas medias de nanosegundos, cuando se impulsan a un poco menos que “c” en un “destructor de átomos” como el LHC, “viven” (no se descomponen espontáneamente) muchas múltiplos de sus vidas 1/2 más largas que las partículas subatómicas “estacionarias” del mismo tipo. El tiempo se ralentiza para estas partículas en relación con el tiempo observado por los científicos que han medido la vida de 1/2 de las partículas subatómicas estacionarias. Por ejemplo, digamos que una partícula subatómica exótica se está impulsando a través del tiempo (espacio-tiempo) cerca de “c” en el LHC. Tendrá una vida media más larga que la partícula idéntica que se sienta en una botella magnética en el escritorio. No podríamos explicar esto si no fuera porque los SR nos dan el espacio-tiempo como un cuarto grado de libertad.
