Časoprostor není z ničeho „vyroben“, je to pouze střední nebo souřadnicový systém. Přemýšlejte o čarách mřížky na mapě, nejsou z ničeho „stvořeny“, jsou pouze reprezentací geometrie Země. Časoprostor je koncept, který předpokládá Einstein, když napsal svou teorii speciální relativity, podle níž jsou vlastnosti prostoru a času vzájemně neoddělitelně spjaty relativistickými rychlostmi. Jedním z důsledků toho je, že nemůžete jít vpřed ve vesmíru, aniž byste šli vpřed v čase, což lze vizualizovat ve světelném kuželu:

Toto není znamená reprezentaci toho, jak časoprostor vypadá, pouze to, jak se chová ve 2 dimenzích prostoru a jedné v čase. Gravitační vlny jsou způsobeny, když kolem sebe obíhají dva hmotné objekty (dvojhvězdy), a způsobují „vlnění“ v časoprostoru. Opět je nutná další 2D vizualizace: To ukazuje, jak gravitační potenciály dvou hvězd interagují ve struktuře časoprostoru při jejich oběžné dráze, což způsobuje záření gravitačních vln.

Oba jsou pouze vizuálními průvodci, nikdy nebudeme schopni „vidět“ gravitační vlny nebo samotný časoprostor na vlastní oči, proto potřebujeme detektory jako LIGO nebo VIRGO, abychom odvodili jejich existenci.

Obecná relativita se často vysvětluje tak, že se říká, že časoprostor je zakřiven gravitací, co to znamená?

To znamená, že obecnou relativitu lze formulovat tak, aby její matematika mít velmi přímou analogii k diferenciální geometrii na zakřiveném čtyřrozměrném potrubí. Jinými slovy, způsob, jakým by se testované částice chovaly pod vlivem pouze gravitačních sil, je přesně to, jak by se chovaly, kdyby se pohybovaly volně na zakřiveném čtyřrozměrném potrubí. Matematika má přímou korespondenci: nic víc, nic méně.

Elektromagnetismus má popis, ve kterém je síla elektromagnetického pole zakřivením spojení na liniovém svazku. Uvědomuji si, že toto tvrzení je velmi tajemné pro někoho, kdo nestudoval teorii měřidel, ale je důležité si uvědomit, že v podstatě geometrický popis není pro gravitaci zvláštní. Pro gravitaci je zvláštní to, že se spojuje se všemi hybnými silami napětí a energie rovnoměrně a gravitační volný pád testované částice je zcela nezávislý na složení.

Díky této univerzálnosti je možné interpretovat vlastnosti gravitační pole jako vlastnosti časoprostoru, tj. jako vlastnost arény, na které se děje vše ostatní. Nemusíme to udělat, a skutečně existují některé prezentace obecné relativity (např. Weinbergova), ve kterých je geometrická interpretace odsunuta na nedůležitou vedlejší poznámku, ale můžeme - a geometrie je to, jak byla původně vyvinuta obecná relativita.

Jak bychom mohli vnímat křivku v časoprostoru, když například neexistuje žádný externí „přímý“ referenční rámec?

Mohli jsme to měřit.

Jako koncepčně (ale ne prakticky) jednoduchý způsob, jak toho dosáhnout, jsme mohli sestavit malou kouli skládající se ze zpočátku skládajících testovacích částic. Bez zakřivení gravitačního pole by si každá taková koule udržela stejný tvar a objem, protože jsou to všechny testované částice, které se pohybují stejným směrem a stejnou rychlostí. Ale pokud má gravitační pole Ricciho zakřivení, objem koule by se začal zmenšovat nebo rozšiřovat. Podobně by změny tvaru koule poskytly informace o Weylově zakřivení.

Toto je stejný druh odpovědi jako v případě elektromagnetismu: intenzita pole je také druh zakřivení (i když ne časoprostor), ale jak to vnímáme? Mohli bychom to měřit podle toho, jak se chovají zkušební poplatky.

Matematický primer.

Trojúhelník na rovném povrchu má tři úhly a tyto tři úhly přidávají až 180 stupňů - Toto je dobře známá věta z geometrie. Je také dobře známo, že pokud nakreslíte na kouli trojúhelník, úhly se přidají až o více než 180 stupňů, kvůli zakřivení koule. (a pokud nakreslíte ostrý pringles, součet úhlů bude menší než 180).

Tvor plazící se po kouli mohl pozorováním pouze úhlů zjistit, že povrch míče byl zakřivený . Zakřivení tedy může být pozorováno tvorem, který kontroluje pouze místní části míče, tvor se nemusí pohybovat od míče, aby mohl pozorovat jeho zakřivení. Zakřivení je vnitřní vlastnost.

Podobně nemusíme být mimo časoprostor, abychom zjistili, že je časoprostor zakřivený. Ve skutečnosti je to tak, že úhly v trojúhelnících nepřesahují až 180 kvůli gravitačnímu zakřivení prostoru (ale tento efekt je příliš malý na to, aby byl patrný). Můžeme vnímat zakřivení v časoprostoru, aniž by časoprostor musel být „v“ čemkoli jiném.

Nejviditelnějším důsledkem zakřivení časoprostoru je to, že věci padají dolů ke středu Země.

Na určité úrovni byste si měli pamatovat, že obecná relativita popisuje teoretický model fungování gravitační mechaniky. Tento model zahrnuje souřadnice pro čas a prostor a v tomto modelu je časoprostor matematický konstrukt , který nám umožňuje s extrémní přesností předpovídat chování objektů pod gravitačním vlivem.

Obecná relativita se často vysvětluje tak, že se říká, že časoprostor je zakřivený gravitací, co to znamená?

Komentář tohoto OP zúžil otázku:

Takže [časoprostor] nemusí existovat, podobně jako Pythagorovu teorému není nutné mít trojúhelník? - Marijn 4. února 2016 ve 20:24

Časoprostor je mapa, nikoli území. Spacetime je model. Jinými slovy, je to něco, co existuje v lidském mozku, aby pomohlo tomuto mozku přesně předvídat budoucí zkušenosti z předchozích zkušeností. Například koncept časoprostoru (v kontextu obecné teorie relativity) vám pomůže předpovědět, že gravitační čočka existuje. Váš mozek je lépe vybaven pro zpracování na této úrovni, než aby vypočítával stejný obraz tím, že pořídí hromadu jednotlivých fotonů a aplikuje rovnice na každý foton.

„Model“ uvnitř mozku se vytváří představou něčeho velmi blízkého realitě a poté záměrným odstraněním podrobností , dokud nezískáte něco tak jednoduchého, co se stane vypočítatelným . Zapomenete na všechny atributy hvězdy (barva, mimozemské civilizace kolem ní, její prehistorie, její vnitřní dynamika) a myslíte si jen na hvězdu jako na hmotu atd. Takto proměníte „osvícující představivost“ na „primitivní mechanismus použitelný pro předpovídání zkušeností ".

Marjine, rád bych řekl, že miluji styl tvého dotazování, a přihlásil jsem se zejména proto, abych se pokusil odpovědět na tuto jednu otázku.

Obecná relativita se často vysvětluje tak, že se říká, že prostoročas je zakřiven gravitací, co to znamená?

To zní úchvatně.

Gravitace je projevem zakřivení časoprostoru, který je způsoben mimo jiné masivními objekty, jako jsou hvězdy, planety atd. Jinými slovy gravitace je důsledkem zakřivení časoprostoru.

Jak bychom mohli vnímat křivku v časoprostoru, když například neexistuje žádný externí „přímý“ referenční rámec?

Stejně jako výše uvedené odpovědi toho lze dosáhnout experimentálními pozorováními nebo měřeními. Například Eddington měřil ohyb světla kolem končetiny Slunce, což by nebylo možné, pokud by nebylo zakřivení.