Czasoprzestrze

Czasoprzestrzeń to czterowymiarowa struktura łącząca trzy wymiary przestrzeni z jednym wymiarem czasu, w której zapisywane są zdarzenia i ich wzajemne zależności. Najczęściej używa się terminu „czasoprzestrzeń” w fizyce teoretycznej i kosmologii; czasoprzestrzeń czterowymiarowa stanowi fundament opisów relativistycznych.

W relatywności szczególnej odległość między zdarzeniami opisuje metryka Minkowskiego ds^2 = -c^2 dt^2 + dx^2 + dy^2 + dz^2. Jest ona invariantem dla wszystkich obserwatorów poruszających się stałą prędkością. Z tego wynikają zjawiska, takie jak dylatacja czasu, skracanie długości w ruchu oraz relatywność simultaniczności.

W ogólnej relatywności czasoprzestrzeń jest zakrzywiana przez masę i energię; krzywizna ta opisuje się równaniami pola Einsteina. Ruch ciał i promieniowania podąża po geodezyjnych trasach w zmienionej geometrii. Skutki krzywizny to między innymi dylatacja czasu w polu grawitacyjnym, soczewkowanie grawitacyjne, czerwone przesunięcie grawitacyjne oraz istnienie czarnych dziur.

W kosmologii czasoprzestrzeń wraz z czasem opisuje ekspansję wszechświata, często modelowaną za pomocą metryki FRW. Obserwacje wskazują na rozszerzanie się kosmosu i wpływ ciemnej energii na tempo tego rozszerzania. Czasoprzestrzeń ma także praktyczne znaczenie w precyzyjnych pomiarach czasu i nawigacji, na przykład w GPS, które wymagają korekt wynikających z efektów relatywistycznych.

---