Kain ruang masa adalah model konseptual yang menggabungkan tiga dimensi ruang dengan dimensi keempat masa. Mengikut teori fizikal yang terbaik, ruang masa menjelaskan kesan relativistik yang luar biasa yang timbul dari perjalanan berhampiran dengan kelajuan cahaya serta gerakan objek besar-besaran di alam semesta.
Siapa yang menemui ruang masa?
Ahli fizik yang terkenal, Albert Einstein membantu mengembangkan idea ruang masa sebagai sebahagian daripada teori kerelatifannya. Sebelum kerja perintisnya, saintis mempunyai dua teori berasingan untuk menjelaskan fenomena fizikal: Hukum fizik Isaac Newton menggambarkan gerakan objek besar-besaran, manakala model elektromagnetik James Clerk Maxwell menjelaskan sifat cahaya, menurut NASA.
Tetapi eksperimen yang dijalankan pada akhir abad ke-19 mencadangkan bahawa ada sesuatu yang istimewa tentang cahaya. Pengukuran menunjukkan bahawa cahaya sentiasa mengembara pada kelajuan yang sama, tidak kira apa. Dan pada tahun 1898, ahli fizik dan ahli matematik Perancis, Henri Poincaré membuat spekulasi bahawa halaju cahaya mungkin merupakan batas yang tidak boleh dilalui. Sekitar masa yang sama, penyelidik lain menimbangkan kemungkinan objek berubah saiz dan jisim, bergantung pada kelajuan mereka.
Einstein menarik semua idea ini bersama-sama dalam teori relativiti istimewanya pada tahun 1905, yang menyatakan bahawa kelajuan cahaya adalah tetap. Untuk ini benar, ruang dan masa perlu digabungkan ke dalam satu rangka kerja yang bersekongkol untuk mengekalkan kelajuan cahaya yang sama untuk semua pemerhati.
Seseorang di roket superfast akan mengukur masa untuk bergerak lebih perlahan dan panjang objek menjadi lebih pendek berbanding dengan orang yang melakukan perjalanan pada kelajuan yang lebih perlahan. Itu kerana ruang dan masa adalah relatif - mereka bergantung pada kelajuan pemerhati. Tetapi kelajuan cahaya lebih mendasar daripada sama ada.
Kesimpulan bahawa ruang masa adalah kain tunggal bukanlah satu yang dicapai oleh Einstein sendiri. Idea itu berasal dari ahli matematik Jerman Hermann Minkowski, yang mengatakan dalam kolokium 1908, "Selepas itu, dengan sendirinya, dan masa dengan sendirinya, ditakdirkan untuk memudar ke dalam bayang-bayang semata-mata, dan hanya satu kesatuan dari kedua-duanya akan memelihara realiti bebas . "
Ruang masa yang diterangkannya masih dikenali sebagai ruang masa Minkowski dan berfungsi sebagai latar pengiraan dalam kedua-dua relativiti dan teori bidang kuantum. Yang terakhir menggambarkan dinamika zarah subatomik sebagai bidang, menurut ahli astrofisika dan penulis sains Ethan Siegel.
Bagaimana kerja ruang masa
Pada masa ini, apabila orang bercakap tentang ruang masa, mereka sering menggambarkannya sebagai menyerupai sekeping getah. Ini juga berasal dari Einstein, yang menyedari ketika dia mengembangkan teorinya tentang kerelatifan umum bahawa gaya graviti adalah disebabkan oleh lengkung dalam kain ruang-waktu.
Objek besar - seperti Bumi, matahari atau anda - membuat penyelewengan dalam ruang masa yang menyebabkan ia bengkok. Keluk-keluk ini, pada gilirannya, menyempitkan cara-cara di mana segala sesuatu di alam semesta bergerak, kerana objek perlu mengikuti jalan sepanjang kelengkungan ini. Gerakan disebabkan graviti sebenarnya bergerak sepanjang kelainan dan perubahan ruang masa.
Misi NASA yang dipanggil Gravity Probe B (GP-B) mengukur bentuk vorteks ruang masa di sekitar Bumi pada tahun 2011 dan mendapati ia sesuai dengan ramalan Einstein.
Tetapi kebanyakannya tetap sukar untuk kebanyakan orang membungkus kepala mereka. Walaupun kita boleh membincangkan ruang masa sebagai sama dengan lembaran getah, analogi akhirnya terputus. Lembaran getah adalah dua dimensi, manakala ruang masa adalah empat dimensi. Ia bukan sekadar warps di ruang yang lembaran itu mewakili, tetapi juga warnya pada waktunya. Persamaan kompleks yang digunakan untuk menjelaskan semua ini adalah sukar bagi ahli fizik untuk bekerja dengannya.
"Einstein membuat mesin yang cantik, tetapi dia tidak betul-betul meninggalkan kami manual pengguna," tulis astrophysicist Paul Sutter untuk tapak kakak Live Science, Space.com. "Hanya untuk mengusir titik itu, relativiti umum adalah sangat rumit apabila seseorang mendapati penyelesaian kepada persamaan, mereka mendapat penyelesaian yang dinamakan selepas mereka dan menjadi separa legenda dalam hak mereka sendiri."
Apa yang saintis masih belum tahu
Walaupun kerumitannya, kerelatifan tetap merupakan cara terbaik untuk menjelaskan fenomena fizikal yang kita ketahui. Namun saintis tahu bahawa model mereka tidak lengkap kerana relativiti masih belum sepenuhnya didamaikan dengan mekanik kuantum, yang menerangkan sifat-sifat zarah subatomik dengan ketepatan melampau tetapi tidak menggabungkan kekuatan graviti.
Mekanik kuantum terletak pada hakikat bahawa bit kecil yang membentuk alam semesta diskret, atau dikira. Oleh itu, foton, zarah-zarah yang membentuk cahaya, adalah seperti potongan kecil cahaya yang datang dalam paket yang berbeza.
Sesetengah ahli teori telah membuat spekulasi bahawa mungkin ruang masa itu sendiri juga datang dalam ketulan-pecahan ini, membantu menjembatani kerelatifan dan mekanik kuantum. Penyelidik di Agensi Angkasa Eropah telah mencadangkan Makmal Antarabangsa Astronomi Gamma-ray untuk Misi Eksplorasi Kuasa Masa (GrailQuest) Kuantum, yang akan terbang mengelilingi planet kita dan membuat pengukuran ultra-tepat dari jarak jauh, letupan kuat yang dipanggil sinar gamma yang meletus boleh mendedahkan sifat ruang angkasa lepas.
Misi sedemikian tidak akan dilancarkan sekurang-kurangnya satu dekad setengah tetapi, jika ia dilakukan, ia mungkin membantu menyelesaikan beberapa misteri terbesar yang tersisa dalam fizik.
