Прастора Мінкоўскага

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Ілюстрацыя парадоксу блізнят на дыяграме Мінкоўскага.

Прасто́ра Мінко́ўскага ― чатырохмерная псеўдаеўклідава прастора сігнатуры (1, 3), прапанаваная ў якасці геаметрычнай мадэлі прасторы-часу спецыяльнай тэорыі адноснасці.

Кожнай падзеі адпавядае кропка прасторы Мінкоўскага, у лорэнцавых (ці галілеевых) каардынатах, тры каардынаты якой прадстаўляюць дэкартавы каардынаты трохмернай еўклідавай прасторы, а чацвёртая ― каардынату ct, дзе cхуткасць святла, t ― час падзеі. Сувязь паміж прасторавымі адлегласцямі і прамежкамі часу паміж падзеямі характарызуецца квадратам інтэрвалу:

~s^2=c^2(t_1-t_0)^2- (x_1-x_0)^2 -(y_1-y_0)^2 -(z_1-z_0)^2.

Нярэдка ў якасці квадрата інтэрвалу бяруць процілеглую велічыню, выбар знака — пытанне адвольнага пагаднення. Так, першапачаткова сам Мінкоўскі прапанаваў іменна процілеглы знак для квадрата інтэрвалу.

Інтэрвал у прасторы Мінкоўскага выконвае ролю, падобную да ролі адлегласці ў геаметрыі еўклідавых прастор. Ён захоўвае сваю велічыню пры замене аднае інерцыяльнае сістэмы адліку на другую, гэтак жа як і адлегласць не змяняецца пры паваротах, адлюстраваннях і зрухах пачатку каардынат у еўклідавай прасторы. Ролю, падобную да ролі паваротаў еўклідавай прасторы, выконваюць для прасторы Мінкоўскага пераўтварэнні Лорэнца.

Квадрат інтэрвалу аналагічны квадрату адлегласці ў еўклідавай прасторы. Аднак у прасторы Мінкоўскага квадрат інтэрвалу не заўсёды дадатны, таксама паміж рознымі падзеямі інтэрвал можа быць роўны нулю.

Звязаныя азначэнні[правіць | правіць зыходнік]

  • Псеўдаеўклідава метрыка ў прасторы Мінкоўскага, вызначаная прыведзенаю вышэй формулаю для інтэрвалу, называецца метрыкаю Мінкоўскага.
  • Мноства ўсіх вектараў з нулявым квадратам інтэрвалу ўтварае канічную паверхню і называецца светлавым конусам.
  • Вектар, які ляжыць унутры светлавога конуса, называецца часападобным вектарам, па-за светлавым конусам — прасторападобным.
  • Падзея ў дадзены момант часу ў дадзеным пункце называецца сусветным пунктам.
  • Мноства сусветных пунктаў, якое апісвае рух часціцы (матэрыяльнай кропкі) у часе, называецца сусветнаю лініяй.
  • Інерцыяльны назіральнік: назіральнік, нерухомы ці рушачы раўнамерна і прамалінейна (і паступальна, без кручэння яго каардынатнай сістэмы) адносна інерцыяльнай сістэмы адліку.
  • Інтэрвал паміж дзвюма падзеямі, праз якія праходзіць сусветная лінія інерцыяльнага назіральніка, падзелены на c, называецца яго ўласным часам, бо гэта велічыня супадае з часам, вымераным гадзіннікам, рушачым разам з назіральнікам. Для неінерцыяльнага назіральніка ўласны час паміж дзвюма падзеямі адпавядае інтэгралу ад інтэрвалу ўздоўж сусветнай лініі.
  • Крывая, датычны вектар к якой у кожнай яе кропцы часападобны, называецца часападобнаю лініяю. Гэтак жа вызначаюцца прасторападобныя і ізатропныя («светлападобныя») крывыя.
  • Гіперпаверхня, усе датычныя вектары якой прасторападобныя, называецца прасторападобнаю, калі ж у кожным пункце гіперпаверхні знойдзецца часападобны датычны вектар, такая паверхня называецца часападобнаю.

Уласцівасці прасторы Мінкоўскага[правіць | правіць зыходнік]

  • Калі вектар, які злучае сусветныя пункты, часападобны, то існуе сістэма адліку, у якой падзеі адбываюцца ў адной і той жа кропцы трохмернай прасторы.
  • Калі вектар, які злучае сусветныя пункты дзвюх падзей, прасторападобны, то існуе сістэма адліку, у якой гэтыя дзве падзеі адбываюцца адначасова; яны не звязаны прычынна-выніковаю сувяззю; модуль інтэрвалу вызначае прасторавую адлегласць паміж гэтымі пунктамі (падзеямі) у гэтай сістэме адліку.
  • Мноства ўсіх сусветных ліній святла, якія выходзяць з вызначанага сусветнага пункта ў сукупнасці з усімі ўваходзячымі, утварае двухполасцевую канічную гіперпаверхню, інварыянтную (нязменную) адносна пераўтварэнняў Лорэнца. Гэта гіперпаверхня называецца ізатропным ці светлавым конусам. Яна раздзяляе прычыннае мінулае дадзенага сусветнага пункта, яго прычынную будучыню і прычынна незалежную з дадзеным сусветным пунктам (прасторападобную) вобласць прасторы Мінкоўскага.
  • Датычны вектар да сусветнай лініі любога звычайнага фізічнага цела з'яўляецца часападобным вектарам.
  • Датычны вектар да сусветнае лініі святла (у вакууме) з'яўляецца ізатропным вектарам.
  • Групай рухаў прасторы Мінкоўскага, г.зн. групай пераўтварэнняў, захоўваючых метрыку, з'яўляецца 10-параметрычная група Пуанкарэ, якая складаецца з 4 пераносаў — 3 прасторавых і 1 часавага, 3 чыста прасторавых вярчэнняў і 3 прасторава-часавых вярчэнняў. Апошнія 6, узятыя разам, утвараюць падгрупу групы Пуанкарэ — групу пераўтварэнняў Лорэнца. Такім чынам, прастора Мінкоўскага з'яўляецца чатырохмернаю метрычнаю прастораю найвышэшае магчымае ступені сіметрыі і мае 10 вектараў Кілінга.
  • У агульнай тэорыі адноснасці прастора Мінкоўскага прадстаўляе сабой трывіяльнае рашэнне ўраўненняў Эйнштэйна для вакууму (прастора з нулявым тэнзарам энергіі-імпульсу і нулявым лямбда-членам).

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Гэту прастору разглядалі Анры Пуанкарэ ў 1905 і Герман Мінкоўскі ў 1908 годзе.

Анры Пуанкарэ першы ўстанавіў і падрабязна даследаваў адну з самых важных уласцівасцей пераўтварэнняў Лорэнца — іх групавую структуру, і паказаў, што "пераўтварэнні Лорэнца прадстаўляюць не што іншае, як паварот у прасторы чатырох вымярэнняў, кропкі якога маюць каардынаты (x,y,z,i t)"[1]. Такім чынам, Пуанкарэ па крайняй меры за тры гады да Мінкоўскага аб'яднаў прастору і час у адну чатырохмерную прастору-час[2].

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Пуанкаре А. О динамике электрона. — В кн.: Принцип относительности: Сб. работ классиков релятивизма.— М.: Атомиздат, 1973, с. 90—93, 118—160.
  2. Фущич В.И., Никитин А.Г. «Симметрия уравнений Максвелла» (Наукова думка, 1983) стр. 6.

Шаблон:Вектары і матрыцы