ruimtetijdscontinuüm

Ruimtetijdscontinuüm is een vierdimensionale structuur waarin ruimte en tijd onverbrekelijk met elkaar verweven zijn. In de klassieke mechanica worden deze grootheden nog als afzonderlijke concepten gezien, maar de speciale relativiteit toont aan dat ze afhankelijk zijn van de waarnemer en met elkaar verbonden via de snelheid van licht. In de wiskundige voorstelling van Minkowski wordt tijd omgezet in een vierde dimensie, waardoor gebeurtenissen in ruimte en tijd in één ruimtetijd-model kunnen worden beschreven.

Kenmerken: de relatie tussen ruimte en tijd wordt vastgelegd door een metriek, waardoor het interval ds^2 tussen twee gebeurtenissen bepaalt. In de standaardconventie is ds^2 = -c^2 dt^2 + dx^2 + dy^2 + dz^2 (ook andere tekensignaturen komen voor). De lichtkegel bepaalt welke gebeurtenissen causaal met elkaar verbonden zijn en maakt tijd en afstand relativistisch.

Algemene relativiteit beschrijft hoe massa-energiedichtheid de ruimtetijd kromt. De Einstein-veldvergelijkingen koppelen de kromming aan de inhoud van het universum. Bewegende objecten volgen geodesics in dit gekromde continuüm. Uit dit kader volgen verschijnselen zoals tijdsdilatatie, zwaartekracht-tijdvertraging, zwaartekrachtlenzen en gravitatiegolven. In de kosmologie wordt de expansie van het heelal beschreven met een FRW-metriek.

Bewijs en toepassingen: experimentele bevestigingen omvatten tijdsverschillen door zwaartekrachtsvelden (Pound-Rebka), correcties in satellietnavigatie (GPS) en observaties van zwaartekrachtgolven. Ruimtetijdscontinuüm is het basisraamwerk van de moderne natuurkunde en van pogingen om zwaartekracht met quantummechanica te verenigen.