Ruang waktu

Penggambaran pelengkungan ruang di sekitar massa (Bumi) yang mampu mengubah kelajuan waktu

Dalam fisika, ruang-waktu adalah permodelan matematika yang mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu kontinuitas. Ruang-waktu biasanya digambarkan dengan ruang secara tiga dimensi dan waktu memainkan peran sebagai dimensi keempat yang merupakan bagian yang berbeda dari dimensi spasial. Berdasarkan perspektif ruang Euclidean, alam semesta memiliki tiga dimensi ruang ditambah dengan waktu. Dengan mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu manifol, para ahli fisika telah secara signifikan menyederhanakan sejumlah besar teori dalam fisika dan memahami secara lebih seragam mengenai cara kerja alam semesta dalam lingkup ilmu kosmologi dan mekanika kuantum.

Dalam mekanika klasik non-relativistik, penggunaan ruang Euclidean akan lebih tepat dibandingkan penggunaan ruang-waktu, karena waktu diperlakukan sebagai satu faktor yang unversal dan konstan, independen terhadap pergerakan dan pengamat. Dalam konteks teori relativitas, waktu tidak bisa dipisahkan dari ruang tiga dimensi karena kelajuan suatu objek dan pengamat yang relatif dan dapat dipengaruhi oleh medan gravitas yang mampu memperlambat waktu.

Dalam kosmologi, konsep ruang-waktu mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu alam semesta yang abstrak. Secara matematis, ruang waktu merupakan manifol yang terdiri dari kejadian yang bisa dijelaskan dengan sistem koordinat. Tiga dimensi (panjang, lebar, dan tinggi) dan satu dimensi temporal (yaitu waktu) dibutuhkan. Dimensi merupakan komponen yang independen dari jaring-jaring koordinat untuk menentukan titik pada suatu ruang yang terdefinisi. Seperti contoh dalam sebuah globe terdapat garis lintang dan garis bujur yang merupakan dua koordinat yang independen yang bersama-sama dapat membentuk satu titik yang unik. Dalam ruang dan waktu, jaring-jaring koordinat yang melebar hingga 3+1 dimensi menentukan kejadian (bukan hanya titik di suatu ruang), dan waktu ditambahkan di dimensi lainnya pada jaring-jaring koordinat. Dengan ini koordinat dapat menspesifikasikan "di mana" dan "kapan" kejadian terjadi. Tidak seperti koordinat spasial yang biasa, terdapat batasan bagaimana pengukuran dapat dilakukan secara spasial dan temporal. Batasan ini berkorespondensi secara kasar terhadap permodelan matematika tertentu, misal manifol Lorentzian, yang membedakannya dari ruang Euclidean secara perwujudan simetrinya.

Hingga awal abad ke 20, waktu dipercaya bersifat independen terhadap pergerakan, dan meningkat pada laju yang tetap di semua frame of reference. Namun eksperimen menunjukan bahwa waktu melambat pada kecepatan yang lebih tinggi dari suatu frame of reference terhadap frame of reference yang lain. Perlambatan ini, yang disebut dengan dilasi waktu, dijelaskan di dalam teori relativitas khusus. Berbagai eksperimen telah menunjukan kejadian dilasi waktu seperti pada peluruhan partikel muon dari radiasi kosmik dan perlambatan jam atom di atas pesawat ulang alik relatif terhadap jam inersia yang tersinkronisasi yang berada di bumi. Sehingga durasi waktu dapat bervariasi bergantung pada kejadian dan frame of reference.

Ketika dimensi dipahami sebagai sebuah kompnen dari sistem jaring dan bukan merupakan sifat fisik dari waktu, akan lebih mudah dipahami bagaimana memandang dimensi lain sebagai hasil dari transformasi koordinat.

Beberapa mengusulkan teori ruang-waktu memasukkan dimensi tambahan, termasuk dimensi ruang temporal yang beberapa dimensi yang tidak temporal maupun spasial (superspace). Berapa jumlah dimensi yang dibutuhkan untuk menjelaskan alam semesta merupakan sebuah pertanyaan yang masih didiskusikan. Teori yang muncul adalah string theory yang memprediksikan antara 10 hingga 26 dimensi, teori M yang memprediksikan 11 dimensi (10 spasial dan 1 temporal). Namun keberadaan lebih dari empat dimensi akan terasa perbedaannya pada tingkat subatomik.

Pranala luar

• http://universaltheory.org
• Ehrenfest, Paul (1920) "How do the fundamental laws of physics make manifest that Space has 3 dimensions?" Annalen der Physik 366: 440.
• George F. Ellis and Ruth M. Williams (1992) Flat and curved space–times. Oxford Univ. Press. ISBN 0-19-851164-7
• Isenberg, J. A. (1981). "Wheeler–Einstein–Mach spacetimes". Phys. Rev. D. 24 (2): 251–256. Bibcode:1981PhRvD..24..251I. doi:10.1103/PhysRevD.24.251. 
• Kant, Immanuel (1929) "Thoughts on the true estimation of living forces" in J. Handyside, trans., Kant's Inaugural Dissertation and Early Writings on Space. Univ. of Chicago Press.
• Lorentz, H. A., Einstein, Albert, Minkowski, Hermann, and Weyl, Hermann (1952) The Principle of Relativity: A Collection of Original Memoirs. Dover.
• Lucas, John Randolph (1973) A Treatise on Time and Space. London: Methuen.
• Penrose, Roger (2004). The Road to Reality. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-679-45443-8.  Chpts. 17–18.
• Poe, Edgar A. (1848). Eureka; An Essay on the Material and Spiritual Universe. Hesperus Press Limited. ISBN 1-84391-009-8. 
• Robb, A. A. (1936). Geometry of Time and Space. University Press. 
• Erwin Schrödinger (1950) Space–time structure. Cambridge Univ. Press.
• Schutz, J. W. (1997). Independent axioms for Minkowski Space–time. Addison-Wesley Longman. ISBN 0-582-31760-6. 
• Tangherlini, F. R. (1963). "Schwarzschild Field in n Dimensions and the Dimensionality of Space Problem". Nuovo Cimento. 14 (27): 636. 
• Taylor, E. F. (1963). Spacetime Physics. W. H. Freeman. ISBN 0-7167-2327-1. 
• Wells, H.G. (2004). The Time Machine. New York: Pocket Books. ISBN 0-671-57554-6.  (pp. 5–6)
• Stanford Encyclopedia of Philosophy: "Space and Time: Inertial Frames" by Robert DiSalle.