Eğri zaman ve mekanı anlayamıyor musunuz? Huangdi'nin rehber arabası hakkında bilgi edinin
Bunu sıklıkla şu sözlerle görebilirsiniz: Yerçekimi, zamanı ve mekanı bükebilir. Ancak bu cümleye ne kadar aşina bakarsanız bakın, anlamanın hala zayıf olduğunu göreceksiniz.
Aslında suçlanacak hiçbir şey yok. Kağıdın dışında durduğumuz için bir kağıt parçasının kıvrımlı olduğunu anlayabiliriz. Başka bir deyişle, düşük boyutlu bir uzayın (2 boyutlu) geometrik özelliklerini (eğriliği) daha yüksek boyutlu bir uzaydan (3 boyutlu) gözlemlemek bizim için kolaydır. Ama zamanın ve uzayın eğriliğini anlamak sezgiye çok aykırıdır, çünkü "Lu Dağı'nın gerçek yüzünü bilmiyorum, ama biz bu dağdayız." Bu uzaydayken zaman ve uzayın eğimli olduğunu nasıl biliyoruz?
Bu nedenle bugün eski bir eseri feda ettik. Kılavuz araba , Anlamana yardımcı olabilir "Zamanın ve uzayın kavisli olduğunu nasıl bileceğiz".
Efsaneye göre 5.000 yıldan fazla bir süre önce Huangdi ve Yandi'nin birleşik güçleri, Zhuolu'nun vahşi doğasında Chiyou kabilesiyle kesin bir savaşa girdi. Chi Sarı İmparator'un ordusunu tuzağa düşürmek için yoğun sis kullandın. Huangdi, rehber arabayı icat etti ve yönünü belirlemek ve yoğun sisten koşarak Chi You'yu yenmek için kullandı. Tarifnameye göre kılavuz vagon üzerinde, bir kolu kaldırılmış ve ileriyi gösteren ahşap bir figür bulunmaktadır. Vücudun nasıl hareket ettiği ve döndüğü önemli değil, kötü adamın kolları her zaman aynı yönü işaret ediyor.
Huangdi efsanesi doğrulanamayacak kadar eski, ancak rehber araba gerçekten de iki bin yıldan fazla bir süredir Zhou'dan Song'a tarih kitaplarına dağılmış durumda. Bunlar arasında, "Şarkı Geçmişi" kılavuz arabanın yapısını ve prensibini ayrıntılı olarak anlatır. Song tarihindeki açıklamaya göre, modern insanlar rehber arabayı başarıyla restore etti.
Restore edilmiş rehber araba. Resim kaynağı: Wikipedia
Kılavuz arabanın prensibi karmaşık değildir. İki tekerleği vardır.Kabin döndüğünde iki tekerleğin hızı farklı olacaktır. Hızdaki bu fark, kötü adamı diferansiyel dişli cihazına yönlendirecektir. Düzeltme ve hata ayıklamadan sonra, kötü adamın direksiyon açısı sadece arabanın direksiyonunu telafi edebilir, bu nedenle Araba nasıl dönerse dönsün, kötü adam aynı yönü işaret ediyor.
Kılavuz araba düz bir zeminde (düz) değil, engebeli bir dağda (eğimli yüzey) hareket ediyorsa, işe yarayacak mı?
En basit durumu ele alalım.
Kılavuz arabanın bir tekerleği sabitlenir ve diğer tekerleği döndürülerek arabanın yerinde bir daire oluşturması sağlanır. Düz zemindeyken, dönen tekerleğin uzunluğu pi ile çarpılan dingil mesafesinin iki katıdır.Diferansiyel sayesinde, kötü adam ters yönde 360 ° döner, bu sadece arabanın dönüşünü telafi eder, böylece kötü adam kalkar Kol, orijinal yönü gösterir. Ve araba küçük bir tepeye park edilmişse, tekerleği çevirerek çizilen dairenin çevresi bu sayıdan daha küçük olacaktır.
Bu nedenle, diferansiyel tarafından kötü adama iletilen direksiyon açısı 360 ° 'den az olacaktır, bu nedenle kötü adamın kolu orijinal yönden sapacaktır: araç sola döner, kötü adamın kolu sola sapar ve bunun tersi de geçerlidir. Aynı şey, araba küçük bir kolide park edildiğinde de geçerlidir.
Adında başka bir garip arazi var Hiperboloit (Ayrıca eyer şehriye veya patates cipsi şekli olarak da adlandırılabilir).
Böyle bir yerde çevre büyür. Bu nedenle, kılavuz araba böyle bir arazide yürürken, kötü adamın kolunun dönüşü, telafi edilmesi gereken açıyı aşacaktır: araba sağa döner, ancak kötü adamın kolu sola döndürülür ve bunun tersi de geçerlidir.
Geometride bu iki farklı durum kullanılabilir Gauss eğriliği Bu konsept ayırt edici.
Bir dağ paketi veya bir dağ sütunu olsun, Gauss eğriliğinin sıfırdan büyük olduğu, hiperboloidin Gauss eğriliğinin sıfırdan küçük olduğu ortaya çıktı.
Ayrıca, kılavuz arabanın dönüp kökene dönmesi durumunda, kötü adamın kolunun orijinal yönden sapıp sapmadığını, bu da kılavuz arabanın geçit yolu ile çevrili kavisli yüzey üzerindeki tüm noktalardaki Gauss eğrilerinin toplamına bağlı olduğunu kanıtlayabiliriz.
Burada bahsedilen Gauss eğriliği eğimli bir yüzeydir. İçsel özellikler , Hangisi Dış ortamdaki değişikliklerle değişmeyecek doğa . Bu ne anlama geliyor? Örneğin, bir kağıt parçası düzleştirildiğinde, Gauss eğriliği her yerde sıfıra eşittir, bu nedenle, kağıt parçasını nasıl bükerseniz bükün, yırtılmadığı sürece, Gauss eğriliği her zaman her yerde sıfır olacaktır. Benzer şekilde, kürenin Gauss eğriliği sıfırdan büyüktür, bu nedenle küre zaten düz bir yüzeye düzleştirilemez.
yani, Rehber arabanın büyülü aracı ile insanlar yeryüzünden atlamadan dünyanın geometrik özelliklerini ölçebilirler. Bu arada, Geometri kelimesi Yunanca Geo anlamına gelen toprak köküdür ve metri, ölçüm anlamına gelir.
Uzayın üç boyutu vardır (yukarı-aşağı, sol-sağ, ön-arka), zamanın bir boyutu (geçmiş-gelecek) vardır ve birlikte 3 + 1 boyutlu bir uzay-zamandır. Onun içinde yaşıyoruz ve hiçbir durumda uzay-zamanın şeklini ölçmek için daha yüksek boyutlu bir uzaya atlayamayız. Bu nedenle, çoğumuz için "eğri zaman ve uzay" ile ne kastedildiğini anlamak zordur. Yine de, bu zamandan ve mekandan atlamadan zamanda ve uzayda herhangi bir "bükülme" olup olmadığını bilmek için kılavuz arabaya benzer prensibi kullanabiliriz.
Jiroskop, zaman ve uzayda "kılavuz arabadır". Düz bir uzay ve zamanda, torka maruz kalmayan bir jiroskobun dönen şaftı her zaman tek bir yönü göstermeye devam edebilir. Ancak bir jiroskop bir tur için dışarı çıkarsa ve dönme ekseninin aslında orijinal yönünden saptığını bulursa, jiroskobun bulunduğu uzay-zamanın doğal bir eğriliğe sahip olduğunu bilirsiniz, bu da uzay-zamanın eğimli olduğu anlamına gelir.
Gyro. Resim kaynağı: shutterstock
Genel göreliliğe göre, Bir kütle nesnesi etrafındaki uzay-zamanı bükecektir. . Bu nedenle, bir uyduya bir jiroskop yerleştirilir ve dünya etrafında birkaç tur döndükten sonra jiroskobun ekseninin önemli ölçüde döndüğü görülebilir. Buna " Jeodezik devinim (Geodetic Prescession) , bu etki NASAnın 2004 yılında fırlatılan Yerçekimi Sondası B uydusu tarafından doğrulandı.
Yerçekimi Sondası B uydusu 2004 yılında fırlatıldı. Resim kaynağı: wikipedia
Belki de "yüksek boyutlu yaratıkların" gözünde "yerde sürünen minik karıncalarız" ve "toprağa" bakmak için asla "yerden" ayrılamayız. Ancak küçük olmamıza rağmen alçakgönüllü değiliz. Bir "kılavuz araba" yaratma bilgeliğine sahip olduğumuz için, "yerden" atlamadan "dünyanın" şeklini bilmemizi sağlar.
Yazarın kartvizit
Dizgi: Xiao Shuang
Başlık resminin kaynağı: cbsnews
Referanslar:
Çalışmalar, kılavuz arabanın kolunun gövdeye göre dönme açısının, arabanın yolundaki jeodezik eğriliğin integraline eşit olduğunu ve jeodezik eğriliğin integralinin Gauss-Bonnet yasası ve Gauss eğriliği alanı ile bağlanabileceğini göstermiştir. Referans: Deng Chonglin, Xiao Xianxiong Kılavuz arabanın fizikte geometrik fazda uygulanması - "Fizik ve Mühendislik" 2014, Sayı S2
