Четиримерно пространство

Днес всеки ученик знае, че пространството, в което човек съществува, е триизмерен, т.е. той има три измерения: дължина, ширина и височина. Но какво е едно четиримерно пространство? Ако изследваме не само пространствената позиция на тялото, но и как то варира във времето, т.е. процесите, които се случват в триизмерното пространство, има още едно координатно време. Четиримерно пространство и се състои от три пространствени и еднократни координати. В този случай физиците и философите говорят за един единствен пространствен времеви континуум. Времето и пространството са взаимосвързани. По същество те се проявяват като различни страни на четиримерното пространство-време.

Четиримерното пространство като единство на пространството и времето има интересна собственост, която е последствие от теория на относителността Айнщайн. Състои се от факта, че със скоростта на тялото, приближаваща се към светлината, времето по-бавно се излива върху нея, а тялото намалява по размер.

Да си представим, че такова четиримерно пространство не е достатъчно лесно. Когато бяхме в училище, се отдръпнахме геометрични форми, те не изпитват никакви специални трудности - те са двуизмерни (имат широчина и дължина). По-трудно беше да се нарисуват и представляват триизмерни фигури - шишарки, пирамиди, цилиндри и други. И да си представим четириизмерни фигури е доста трудно дори за математиците и физиците.

Разбира се, понятието "четиримерно пространство" е необходимо, за да свикнем. Теоретиците физици прилагат понятието четиримерно пространство-време като инструмент в изчисленията, развиват в този свят четириизмерна геометрия.

Теорията на А. Айнщайн казва, че гравитационните тела допринасят за изкривяването на четиримерното пространство-време около себе си. Не е лесно да се визуализира "обичайното" пространство-време, а усуканото е още по-трудно. Но физиците-теоретици или математиците не трябва да си представят нищо. Изкривяването за тях означава промяна на геометричните свойства на тела или фигури. Например, обиколка се отнася до диаметъра си в равнината като 3.14, а на извитата повърхност това не е съвсем така. Теоретично руският математик Н. Лобачевски теоретично предложи възможността за изкривяване на четириизмерното пространство в началото на деветнадесети век. В средата на деветнадесети век немският математик Б. Риман започва да изследва "извитите" пространства не само на три измерения, но и на четири, а след това и на всякакви размери. Оттогава геометрията на извитото пространство се нарича не евклидова. Основателите на неевропейската геометрия не са знаели точно при какви условия тяхната геометрия би била полезна. Математическият апарат, който създадоха, впоследствие беше използван при формулирането на теорията на общата теория на относителността (общата теория на относителността).

А. Айнщайн посочи интересен ефект навреме: в силно гравитационно поле времето ще тече по-бавно, отколкото извън него. Това означава, че времето на Слънцето ще бъде по-бавно, отколкото на Земята, тъй като гравитационната сила на Слънцето е значително по-голяма от гравитационната сила на Земята. По същата причина часовниците на определена височина над Земята се движат малко по-бързо, отколкото на повърхността на нашата планета.

От голямо значение за цялата наука са такива открити от времето свойства на учения, като забавянето му до неутронните звезди, спирането на времето в "черни дупки", хипотетичната възможност за "преход" на времето към пространството и обратен процес.

Извън полето на тежестта се нарича свободно пространство - среда, в която се намира гравитационна сила върху тялото или изобщо не действа или действа много слабо в сравнение с земната гравитация. Звездите са в космоса, а повечето от тях са свободно пространство.