In de ruimtetijd is de tijd een vierde dimensie. Door de tijd te vermenigvuldigen met de vaste lichtsnelheid c, krijgt de tijdas dezelfde dimensie als de ruimte-assen. Het diagram beperkt zich tot twee dimensies: de tijdas en één ruimte-as. Stel een waarnemer en een appel zweven naast elkaar in de ruimte.
Volgens de relativiteitstheorie zorgt massa (in dit geval de Aarde) voor een vervorming in de ruimtetijd. Hierdoor zou zwaartekracht ontstaan. Ruimtetijd is in een natuurkunde een wiskundig model dat de drie dimensies van ruimte en één dimensie van tijd combineert tot één vierdimensionale vorm.
Wat is ruimte, wat is tijd? Het klinkt als een eenvoudige vraag: de ruimte tussen twee objecten komt overeen met de afstand (die je kunt meten met een lineaal), en de tijd tussen twee gebeurtenissen meet je met een klok.
Ruimte heeft drie dimensies: lengte, breedte en hoogte, maar tijd heeft er maar één: van het verleden via het heden naar de toekomst . Het is onvermijdelijk, onherhaalbaar en onomkeerbaar. Correct begrip van de essentie van ruimte en tijd is nauw verbonden met het wetenschappelijke beeld van de wereld.
Situeren in de tijd betekent dat je geen exacte data moet geven, maar moet bepalen of een gebeurtenis voor of na een andere plaatsvond. Situeren in de ruimte betekent dat je moet bepalen in welk land of gebied iets plaatsvond. Soms wordt het werkwoord vergelijken gebruikt.
De ruimte-tijd is gekromd en kan vervormd worden door materie en energie, zoals in het plaatje hieronder. Dit effect leidt tot iets dat gravitationele tijddilatatie wordt genoemd. Tijd lijkt langzamer te gaan in de buurt van grote en zware objecten, omdat de zwaartekracht van het object de ruimte-tijd vervormt.
Ruimte en tijd zijn universele vormen van het bestaan van materie, de coördinatie van objecten . De universaliteit van deze vormen ligt in het feit dat ze bestaansvormen zijn van alle objecten en processen die ooit hebben bestaan of zullen bestaan in het oneindige universum.
Einstein introduceerde echter het concept van tijd als de vierde dimensie, wat betekende dat ruimte en tijd onlosmakelijk met elkaar verbonden waren. Zijn algemene relativiteitstheorie suggereert dat ruimte-tijd uitzet en krimpt afhankelijk van het momentum en de massa van nabijgelegen materie .
Albert Einstein stelde in zijn speciale relativiteitstheorie dat het niet mogelijk is over ruimte en tijd als twee afzonderlijke entiteiten te spreken, maar dat er slechts één entiteit bestaat, namelijk de ruimtetijd, die alle gebeurtenissen in het verleden, heden en toekomst in ons heelal bevat.
Omdat ruimte uit 3 dimensies bestaat en tijd 1-dimensionaal is, moet ruimte-tijd daarom een 4-dimensionaal object zijn. Er wordt aangenomen dat het een 'continuüm' is, omdat er voor zover wij weten geen ontbrekende punten in de ruimte of momenten in de tijd zijn, en beide kunnen worden onderverdeeld zonder enige duidelijke beperking in grootte of duur .
De oerknal: het begin van de tijd en het heelal. Ongeveer honderd jaar geleden kwamen wetenschappers tot de conclusie dat de oerknal aan de basis stond van het heelal. Deze theorie beantwoordde veel vragen over het begin van tijd en de ruimte, maar roept net zo veel nieuwe vragen op.
Het verschil is dit: In de ruimte beschrijft een rechte lijn de kortste afstand tussen twee punten. Inruimte-tijd daarentegen levert een recht pad de langste verstreken tijd tussen twee gebeurtenissen op . Het is die omslag van de kortste afstand naar de langste tijd die tijd van ruimte onderscheidt.
Je kunt nooit sneller reizen dan het licht, zo hoor je weleens. Mag niet van Einstein. 300.000 kilometer per seconde is volgens zijn speciale relativiteitstheorie de absolute bovengrens in dit universum. Dus als je naar een verre ster wil reizen, bereid je dan maar voor op reistijd van vele jaren.
Elke tijdsbeleving bevindt zich in de ruimte
Voor een beelddenker is tijd geen momentopname maar tijd is ruimte. Hij ziet tijd als een verloop of een beweging in de ruimte. Zoals de timer op de afbeelding hieronder: Het rode vlak geeft een beeld weer van een bepaalde tijdsperiode.
Een klok in de ruimte beweegt sneller dan een klok op aarde . Zware dingen zoals planeten creëren een zwaartekrachtveld dat de tijd in de buurt vertraagt. Een voorbeeld van zwaartekracht die tijdsdilatatie veroorzaakt, is dat als een object zich in de buurt van een zwart gat bevindt, de tijd ervan vertraagt ten opzichte van de tijd op aarde.
Verschillende tijdsuitdrukkingen worden vaak gebruikt in interplanetaire ruimtevluchten: UTC, Coordinated Universal Time , is de wereldwijde wetenschappelijke standaard voor tijdswaarneming. Het is gebaseerd op zorgvuldig onderhouden atoomklokken en is zeer stabiel. De snelheid ervan verandert niet meer dan ongeveer 100 picoseconden per dag.
Er is misschien nog hoop, want sommige wetenschappers zeggen dat het heelal niet eeuwig zal uitdijen. De Big Bounce-theorie suggereert dat in de toekomst de hoeveelheid materie in het heelal zo groot zal zijn dat de zwaartekracht ervoor zal zorgen dat de uitdijing vertraagt en stopt.
Tegenwoordig wordt er soms ook gesproken over een fase vóór de oerknal – die dan gedefinieerd is als het moment waarin het universum heet, dicht, en warm was; zo'n 13,8 miljard jaar geleden. De periode daarvoor, waarin het heelal heel snel groter werd, noemen we inflatie.
Hoewel dit onze ervaring kan zijn, leerde Einstein ons dat tijd geen absolute entiteit is, maar alleen relatief is ten opzichte van de waarnemer en zijn beweging door de ruimte . Sommigen beweren, vanuit een filosofisch oogpunt, dat tijd slechts een aanhoudende illusie is.
Einstein toonde aan dat tijd en ruimte nauw met elkaar verbonden zijn en dat de voortgang van tijd relatief is, niet absoluut. Hoewel er in de natuurkunde niets staat dat zegt dat tijd in een bepaalde richting moet stromen, zijn wetenschappers het er over het algemeen over eens dat tijd een zeer reële eigenschap van het universum is .
De nieuwste sterrenkundige waarnemingen doen vermoeden dat het heelal oneindig uitgestrekt is. Dat betekent dat het zeker geen rand heeft. Maar ook wanneer het heelal een eindige omvang zou hebben, is het onbegrensd.
Omdat de snelheid van tijd niet overal hetzelfde is – op planeet aarde is er al een verschil, laat staan in de ruimte – is er dus niet één tijd en ook niet één nu.
De tijd bijhouden begon met zonnewijzers
Zonnewijzers waren het eerste tijdmeetinstrument. De oudst bekende is van rond 1500 voor Christus. Onze tijd, de uren en minuten, werden bedacht door middeleeuwse astronomen. Zij grepen terug op de Babyloniërs, die telden in zestigtallen in de wiskunde en astronomie.
Korte versie: Er is geen tijd daarbuiten in de ruimte . De hoeveelheid tijd die is verstreken sinds de oerknal is overal anders, afhankelijk van de snelheid waarmee je beweegt. Als er twee hypothetische waarnemers waren sinds het begin der tijden, die met verschillende snelheden bewegen, zouden ze hebben gezegd dat er verschillende tijd is verstreken.
Ook al begrijpen we niet helemaal wat tijd is, we kunnen wel precies meten hoe laat het is, dankzij de atoomklok , het meest nauwkeurige meetinstrument dat de mensheid kent.