Означает ли существование «гравитационных волн» (при условии, что они существуют) существование времени как четвертого измерения во Вселенной? [закрыто]

Я новичок в размышлениях о специальной и общей теории относительности, и у меня нет формального физического образования. Однако в последнее время я немного размышлял о пространстве-времени. Мне было интересно, являются ли «гравитационные волны» свидетельством того, что пространство-время точно описывает структуру Вселенной. Или, другими словами, обеспечивают ли «гравитационные волны» свидетельство того, что время существует как 4-е измерение во Вселенной (и что это означает в отношении прошлых, настоящих и будущих событий в трехмерном пространстве, существующих в равной реальности)?

Пожалуйста, имейте в виду, я не прошу мнений (или догматических утверждений) о точности теории вселенной как пространственно-временного континуума как таковой. Я спрашиваю, подразумевают ли логически «гравитационные волны» теорию вселенной как пространственно-временного континуума.

Вы спрашиваете, существует ли время как пространственное измерение или нет?
Гравитационные волны — еще одно подтверждение предсказания, сделанного общей теорией относительности. Предыдущие подтверждения Общей теории относительности включают прецессию орбиты Меркурия, искривление звездного света гравитационным полем Солнца, набор времени для спутниковых сигналов GPS и различные другие предыдущие подтверждения предсказаний, сделанных общей теорией относительности. До сих пор эта теория выдерживала научную проверку в течение последних 100 лет. Фундаментальным для ОТО является то, что пространство-время представляет собой четырехмерное неевклидово многообразие, которое включает время как одно из измерений.
Геометрическая трактовка времени в теории относительности — это удобство, которое не должно отклоняться от того факта, что время фундаментально отличается от пространства. Гравитационные волны в этом абсолютно ничего не меняют.
Я не спрашиваю, существует ли время как пространственное измерение или существует ли время как четвертое измерение (пространственное или иное), или точно ли пространство-время описывает структуру вселенной, или верна или ложна какая-либо другая теория. Я специально спрашиваю, подразумевает ли наличие гравитационных волн во Вселенной логически, что пространство-время на самом деле точно описывает структуру Вселенной. Я предполагаю, что два утверждения «пространство-время точно описывает структуру вселенной» и «время существует как четвертое измерение во вселенной» логически эквивалентны.
Любопытный, вы действительно утверждаете, что эмпирическое наблюдение гравитационных волн никак не подтверждает, что пространство-время является точным описанием структуры Вселенной?
Мы знаем, что пространство-время не является точным описанием, поэтому подтверждение того, что это так, даже не входит в меню. Почему мы это знаем? Потому что общая теория относительности не может дать вам больше материи, чем ньютоновская механика. Это очень ограниченная теория, которая, кажется, очень хорошо справляется с одной задачей: описывает гравитацию в масштабах размером с Солнечную систему и выше. Кроме этого ничего сделать не может.
@CuriousOne Это слишком далеко. Очевидно, мы применяем ОТО к детекторам гравитационных волн, которые намного меньше Солнечной системы. Мы также применяем GR к спутникам GPS. Эффекты GR могут быть небольшими, поэтому вам могут понадобиться точные системы, чтобы иметь прогнозы, которые не перегружены ошибками моделирования. Но достаточно точные линейки и достаточно точные часы, и GR можно обнаружить. Не существует волшебных масштабов размеров, где выключается QM или где включается GR.
@Timaeus: Мы знаем, что ньютоновская гравитация (то есть квазистатический предел слабого поля ОТО) работает вплоть до одного миллиметра (вероятно, немного ниже), как мы ожидаем. Это не проблема. Проблема в том, что оттуда совершенно ничего не известно о гравитации (разве что она слабая, но и это может быть ложным). Никто не ожидает, что гравитация отключится... она просто ничего не делает в измеримых пределах, а ОТО не дает нам никаких полезных намеков на то, что она может там делать, если вообще что-то делает. GR - это то, что есть, и ничего более. Было бы хорошо, если бы он мог сделать больше, но он не может.
@CuriousOne Это вводит в заблуждение и на самом деле неправильно. Мы знаем, что если ваши измерительные приборы достаточно грубы, вы не сможете отличить искривленное пространство-время от ньютоновской гравитации. Но с хорошими измерительными приборами вы можете заметить разницу. Природа обеспечивает отсечение только в том смысле, что наука — это тяжелая работа, поэтому у каждого инструмента есть ограничения. GR не трудно предсказать на 1 мм. Экспериментаторам трудно измерить сверхмалые вещи, которые предсказывает ОТО. И это потому, что прогнозируемые эффекты малы. Точно так же, как относительность применяется на низких скоростях.
@peter «гравитационные волны» - это совершенно другое (и приземленное) явление.
Я хотел бы услышать больше о том, как «мы знаем, что пространство-время не является точным описанием». Согласны ли другие с этим утверждением?
@lostinthecloud Думаю, под этим он просто имел в виду, что теория редко идеально соответствует реальности. Было бы неправильно говорить, что Земля — это сфера, потому что вокруг экватора она больше. Назвать это многоточием все же было бы неправильно, потому что это вряд ли можно назвать совершенным многоточием, но это была бы более точная теория. Реальность намного сложнее, с горами и искусственными сооружениями... в этом отношении мы, вероятно, никогда не докажем правильность пространства-времени, и тем не менее гравитационные волны были исследованы, потому что пространство-время предполагало такую ​​возможность.
Я не понимаю, какое отношение существование времени как четвертого измерения имеет к гравитационным волнам... обратите внимание, что гравитационные волны являются следствием ОТО, которое, в свою очередь, является следствием пространства-времени; то есть мы уже ПОДРАЗУМЕВАЕМ существование времени как четвертого измерения, прежде чем работать над такими вещами, как гравитационные волны.
Я не могу вспомнить доказательство или найти свои заметки, поэтому опубликую это как комментарий вместо ответа. Для распространения гравитации метрика имеет по крайней мере четыре степени свободы, что означает, что вселенная, в которой мы живем, является по крайней мере четырехмерной.
Чтобы были «доказательства» того, что «время существует как 4-е измерение», вы должны сказать, что означает «время существует как 4-е измерение». Если вы просто имеете в виду, что описание пространства-времени общей теорией относительности как четырехмерного многообразия с одним направлением, подобным времени, верно, что ж, у нас было достаточно доказательств для этого еще до обнаружения гравитационных волн.
Мне кажется, что представление времени как четвертого измерения в воображаемом «четырехмерном многообразии пространства-времени» может оказаться полезным в качестве математической модели, но оно может не точно описывать вселенную. Кажется, я слышу, что обнаружение ГВ не дает никаких дополнительных доказательств для подтверждения теории вселенной как пространства-времени-континуума, и что без теории в качестве отправной точки данные, которые, как считается, подтверждают присутствие GW интерпретировался бы по-другому (и сам по себе не вдохновлял бы теории о том, что Вселенная состоит из пространства-времени). Да?
В чем разница между математической моделью, полезной в том смысле, что она правильно предсказывает все возможные результаты измерения, и чем-то, что «точно описывает вселенную»? В конце концов, все наши теории — это просто математические модели, полезные для предсказания того, что происходит. Вот что такое физика.
Если мы предположим, что пространство-время точно описывает Вселенную, возможны путешествия во времени, включая путешествия во времени в прошлое (например, через червоточины). Однако, если мы рассматриваем пространство-время только как полезную модель и для всех наблюдаемых явлений существует другое объяснение, мы с меньшей вероятностью поверим в возможность путешествия во времени. Тот факт, что мы можем изобразить некоторые переменные относительно друг друга на графике, и математика работает, не означает, что график описывает ткань вселенной. До появления Коперника существовали геоцентрические модели Солнечной системы, которые более или менее работали.
Это не (обязательно) верно, поскольку не все допустимые решения могут быть реализованы . Решения в виде червоточин для уравнений поля Эйнштейна вполне могут быть просто нефизическими, и на этом все будет кончено. Я думаю, что в сообществе теоретической физики широко признано, что ОТО в конечном итоге будет заменена теорией, которая будет включать квантовые эффекты, и это определенно не тот случай, когда гравитационные волны исключают это.

Ответы (2)

Успешное наблюдение гравитационных волн 1 дает очень сильную поддержку утверждению, что общая теория относительности Эйнштейна точно описывает поведение масс, взаимодействующих в нашей Вселенной. Пространственная природа времени играет важную концептуальную роль в аргументах, которые приводят к общей теории относительности — и, если уж на то пошло, к специальной теории относительности, которая прошла много-много успешных проверок.

Любая будущая теория гравитации теперь должна предсказывать гравитационные волны, в дополнение к описанию прецессии орбиты Меркурия, подробностей либрации Луны в сантиметровом масштабе, аберрации звездного света Солнцем, гравитационного линзирования, сокращения длины и расширения времени и т. д.

Я слишком осторожен, чтобы исключить возможность того, что какой-то будущий сдвиг парадигмы будет относиться к измерениям времени и измерениям пространства более отлично, чем это делает теория относительности. Но даже если это произойдет, теория относительности, которую мы имеем сейчас, останется мощным инструментом для размышлений о поведении мира, точно так же, как устаревшие законы Ньютона являются настолько полезными концептуальными инструментами и дают такие полезные приближения, что большинство студентов все еще тратят год на изучение Ньютона, прежде чем переходим к Эйнштейну.

1 Обратите внимание, что гравитационные волны немного более прозаичны.

Что означает «сантиметровые детали либрации Луны»? Гугл мне ничего не находит.
@KDecker Что Луна удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год.
@KDecker Гравитация Ньютона и гравитация Эйнштейна предсказывают местоположение и ориентацию Луны из-за ее либрации с разницей около десяти метров. За последние десять лет стало возможным измерить местоположение Луны с точностью до миллиметра , а это означает, что разница между классической и релятивистской гравитацией теперь проверена с точностью до пяти значащих цифр. Обзор .
Либрация — это балансообразное движение Луны в гравитационном поле Земли. [ en.wikipedia.org/wiki/Libration] Википедия

Гравитационные волны (ГВ) — еще одно явление, как и многие другие релятивистские явления, подтверждающие существование пространства-времени (как бы оно ни определялось). Пространство-время уже было подтверждено, например, атомными часами, имеющими разную скорость хода на Земле и на орбитах. Было проведено несколько экспериментов, в том числе один, проведенный НАСА по перетаскиванию кадров. GW не нужно было доказывать пространство-время. Это было предсказание ОТО, которое теперь подтвердилось недавним наблюдением.

Означает ли существование «гравитационных волн» (при условии, что они существуют) существование времени как четвертого измерения во Вселенной? [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v