Имеет ли пространство реальную форму?

Практически во всех обсуждениях теорий, связанных с мыслями Эйнштейна или современным пониманием причины гравитации, мы сталкиваемся с понятием об искажении формы пространства. Часто у читателя возникает резонный вопрос. Как вообще может деформироваться пространство, если у него нет никакой изначальной формы?

Что же, тут можно было бы свести всё к математическому моделированию, но на самом деле на этот вопрос нет прямого ответа. Да и хотелось бы представить себе что-то, что реально можно пощупать руками для осознания проблемы.

Начнем с того, что сегодня мы используем термин пространство-время, который соответствует специальной теории относительности Эйнштейна и отличает понимание этой сущности от пространства Ньютона.

Ньютон утверждал, что движение происходит относительно состояния покоя. Вращение или скорость любой массы измеряется относительно самого пространства. Эйнштейн утверждал, что импульс или скорость измеряются относительно других объектов в движении. В этом смысле мы можем сказать, что не существует абсолютной скорости, есть только относительная скорость.

Ньютон считал, что время измеряется одинаково независимо от вашего положения в пространстве. Проблема с этой системой координат заключается в том, что назначение одного значения времени t предполагает, что время измеряется одинаково везде, независимо от вашего местоположения, относительной скорости и массы по отношению к другим объектам в пространстве. Однако это не так.

Когда мы запускаем спутник на орбиту Земли, нам нужно откалибровать его часы, чтобы они шли медленнее, чем часы, которые мы используем на Земле. Это происходит потому, что масса Земли искривляет пространство-время, растягивая время. Другими словами, часы тикают медленнее на Земле и быстрее на орбите, если сравнивать их без этой калибровки. Даже атомные процессы становятся относительными.

Этот факт затрудняет использование системы координат Ньютона и выбор универсального значения времени t, поскольку это значение отражает только локальные условия и относительную скорость в определенной системе отсчета. Продолжительность времени, необходимая для перемещения из точки A в точку B в пространстве, будет различаться в зависимости от того, в какой системе отсчета выполняется измерение.

Чтобы попытаться понять, что такое пространство, нам сначала нужно разобраться, как мы измеряем расстояние в пространстве между точкой А и точкой В. Мы измеряем расстояние по-разному в зависимости от системы отсчета.

Другими словами, мы не знаем точного расстояния между точкой A и точкой B. Нам известно только время, которое потребуется, чтобы переместиться из одной точки в другую, учитывая нашу относительную массу и скорость. То есть когда мы говорим об астрономических расстояниях в пространстве, мы говорим не о физических длинах, таких как метры, а о том, сколько времени требуется свету, чтобы преодолеть эти расстояния, что вносит в уравнение время локальные условия. Отсюда и странная метрика в световых годах.

Пока пространство рассматривалось через призму физики Ньютона всё было относительно просто. Форму можно было представить как некоторый кубик, разделенный на сектора плоскостями. Внутри формировались другие маленькие кубики. Это тоже противоречит логике истинной формы, поскольку тоже относится к моделированию. Но зато система подразумевала такое логичное упрощение. На эту систему не влияла ни скорость, ни движение, ни прочие факторы. Это всегда работало одинаково.

Сейчас, когда появилась физика Эйнштейна, пространство нельзя представлять как некоторую форму. Каждый раз эта форма будет разной и зависит она от обозначенных факторов. На худой конец можно полагать, что формой пространства будет экстраплоскость, которая может быть построена по направлению пути света. Хотя и это неправильно. Строго в физическом смысле пространство не имеет никакой формы. С примешиванием сюда математического моделирования сюда добавятся те самые искажения, которые рисуют на картинках с гравитацией. Но это не является формой. Скорее это изображение координат внутри пространства.

Поэтому вывод у нас будет размытым. Вопрос этот очень сложный для правильного понимания. Пространство не имеет формы, подобной форме мячика или чего-то материального, но при этом может быть описано математически. Если изобразить это как график по точкам, то и разговоры про форму получат некоторый смысл.