Prema trenutnim teorijama u fizici, prostor-vreme objašnjava neobične relativističke efekte koji nastaju usled putovanja brzinom svetlosti, kao i kretanja masivnih objekata u svemiru.
Ko je otkrio prostor-vreme?
Albert Ajnštajn pomogao je u razvoju ideje o prostoru-vremenu kao delu svoje teorije relativiteta. Pre njegovog pionirskog rada, naučnici su imali dve odvojene teorije za ove pojave: Njutnovi zakoni fizike opisali su kretanje masivnih objekata, kao što su planete, dok su elektromagnetni modeli Džejmsa Klerka Makvela objasnili svojstva svetlosti.
Eksperimenti sprovedeni krajem 19. veka ukazivali su da u svetlosti postoji nešto posebno. Merenja su pokazala da svetlost uvek putuje istom brzinom. Francuski fizičar i matematičar Žil Anri Poenkare 1898. godine nagađao je da bi brzina svetlosti mogla biti nenadmašno ograničena. Otprilike u isto vreme, drugi istraživači su razmatrali mogućnost da predmeti menjaju veličinu i masu u zavisnosti od njihove brzine.
Ajnštajn je sve te ideje objedinio u svojoj teoriji specijalne relativnosti iz 1905. godine, čiji je zaključak da je brzina svetlosti konstantna. Da bi ovo bilo istina, prostor i vreme su morali da se spoje u jedan jedinstveni okvir koji je podrazumevao da brzina svetlosti ostane ista za sve posmatrače. Osoba koja ima brzu raketu oceniće da se vreme kreće sporije, a da je dužina predmeta kraća u poređenju sa osobom koja putuje zaista mnogo sporije. To je zato što su prostor i vreme relativni — zavise od brzine posmatrača.
Zaključak da je prostor-vreme poput nekog rastegljivog materijala nije ono što je Ajnštajn postigao sam. Ta ideja potekla je od nemačkog matematičara Hermana Minkovskog, koji je u izlaganju 1908. godine rekao: „Sada su prostor sam po sebi i vreme samo po sebi osuđeni da nestanu u pukoj senci, a samo će svojevrsno sjedinjenje ta dva sačuvati nezavisnu stvarnost“.
Kako funkcioniše prostor-vreme
U današnje vreme, kada ljudi govore o prostoru-vremenu, to često opisuju kao list gume koji se rasteže. I ovo potiče od Ajnštajna, koji je to shvatio dok je razvijao svoju teoriju opšte relativnosti — da sila gravitacije nastaje usled krivina u tkanini prostor-vreme.
Masivni predmeti, poput Zemlje i Sunca, stvaraju distorzije u prostor-vremenu, zbog kojih se savijaju. Ove krivine, zauzvrat, ograničavaju načine na koje se kreće sve u univerzumu, jer predmeti moraju slediti utaban put duž ove zakrivljenosti. Kretanje usled gravitacije zapravo je kretanje duž zavoja prostor-vreme.
Misija NASA izmerila je oblik prostorno-vremenskog vrtloga oko Zemlje 2011. godine i otkrila da se on u potpunosti podudara sa Ajnštajnovim pretpostavkama.
Ali ovaj fenomen većini ljudi i dalje je težak za razumevanje. Iako možemo da govorimo o prostor-vremenu sličnom listu gume, analogija se na kraju raspada. Gumeni list je dvodimenzionalan, dok je prostor-vreme četvorodimenzionalno. List ne predstavlja samo osnove u prostoru, već i vreme u vremenu. Kompleksne jednačine koje se koriste za sve ovo teške su čak i fizičarima.
Šta naučnici još uvek ne znaju
Uprkos svojoj zamršenosti, relativnost ostaje najbolji način za razumevanje fizičkih pojava koje znamo. Ipak, naučnici znaju da su njihovi modeli neceloviti, jer relativnost još uvek nije potpuno usklađena sa kvantnom mehanikom.
Kvantna mehanika počiva na činjenici da su sitni komadići koji čine svemir suptilni ili kvantni. Dakle — fotoni, čestice koje čine svetlost, jesu poput malih komada svetlosti koji se nalaze u različitim pakovanjima.
Istraživači Evropske svemirske agencije predložili su međunarodnu misiju Laboratoriji za kvantno istraživanje prostor-vremena, koja bi letela oko naše planete i vršila ultratačna merenja udaljenih, snažnih eksplozija zvanih gama-rafali, koja mogu otkriti prirodu prostora-vremena. Takva misija se neće pokrenuti najmanje deceniju i po, ali ako se to dogodi, možda bi pomoglo u rešavanju nekih najvećih misterija u fizici.
