Uganka časa

Čas je bil vedno problem. Prvič, tudi najbriljantnejšim umom je bilo težko razumeti, kaj je v resnici čas. Danes, ko se nam zdi, da to do neke mere razumemo, mnogi menijo, da bo brez tega, vsaj v tradicionalnem smislu, bolj udobno.

"" Napisal Isaac Newton. Verjel je, da je čas mogoče zares razumeti le matematično. Zanj sta bila enodimenzionalni absolutni čas in tridimenzionalna geometrija vesolja neodvisna in ločena vidika objektivne resničnosti in v vsakem trenutku absolutnega časa so se vsi dogodki v vesolju zgodili hkrati.

Einstein je s svojo posebno teorijo relativnosti odstranil koncept simultanega časa. Po njegovi ideji simultanost ni absolutno razmerje med dogodki: kar je hkrati v enem referenčnem okviru, ne bo nujno hkrati tudi v drugem.

Primer Einsteinovega razumevanja časa je mion iz kozmičnih žarkov. Je nestabilen subatomski delec s povprečno življenjsko dobo 2,2 mikrosekunde. Nastaja v zgornji atmosferi in čeprav pričakujemo, da bo prepotoval le 660 metrov (s svetlobno hitrostjo 300 km/s), preden bo razpadel, učinki dilatacije časa omogočajo kozmičnim mionom, da potujejo več kot 000 kilometrov do zemeljskega površja. in naprej. . V referenčnem sistemu z Zemljo mioni zaradi velike hitrosti živijo dlje.

Leta 1907 je nekdanji Einsteinov učitelj Hermann Minkowski predstavil prostor in čas kot. Prostor-čas se obnaša kot prizor, v katerem se delci premikajo v vesolju relativno drug glede na drugega. Vendar je bila ta različica prostorčasa nepopolna (Poglej tudi: ). Gravitacije ni vključevala, dokler Einstein leta 1916 ni predstavil splošne teorije relativnosti. Tkanina prostora-časa je neprekinjena, gladka, ukrivljena in deformirana zaradi prisotnosti snovi in ​​energije (2). Gravitacija je ukrivljenost vesolja, ki jo povzročajo ogromna telesa in druge oblike energije, ki določa pot, po kateri gredo predmeti. Ta ukrivljenost je dinamična, premika se, kot se premikajo predmeti. Kot pravi fizik John Wheeler, "prostorski čas prevzame maso tako, da ji pove, kako naj se premika, masa pa prevzame prostor-čas tako, da ji pove, kako naj se ukrivi."

2. Einsteinov prostor-čas

Čas in kvantni svet

Splošna teorija relativnosti meni, da je minevanje časa zvezno in relativno ter meni, da je minevanje časa univerzalno in absolutno v izbranem rezu. V šestdesetih letih 60. stoletja je uspešen poskus združitve prej nezdružljivih idej, kvantne mehanike in splošne teorije relativnosti privedel do tako imenovane Wheeler-DeWittove enačbe, koraka k teoriji kvantna gravitacija. Ta enačba je rešila en problem, ustvarila pa drugega. Čas v tej enačbi ne igra nobene vloge. To je povzročilo veliko polemiko med fiziki, ki jo imenujejo problem časa.

Carlo Rovelli (3) ima sodobni italijanski teoretični fizik o tem dokončno mnenje. «, je zapisal v knjigi »Skrivnost časa«.

3. Carlo Rovelli in njegova knjiga

Tisti, ki se strinjajo s københavnsko interpretacijo kvantne mehanike, menijo, da kvantni procesi sledijo Schrödingerjevi enačbi, ki je časovno simetrična in izhaja iz valovnega kolapsa funkcije. V kvantnomehanski različici entropije, ko se entropija spremeni, ne teče toplota, ampak informacija. Nekateri kvantni fiziki trdijo, da so odkrili izvor puščice časa. Pravijo, da se energija razprši in se predmeti poravnajo, ker se osnovni delci med interakcijo vežejo skupaj v obliki "kvantne prepletenosti". Einstein je skupaj s kolegoma Podolskyjem in Rosenom ugotovil, da je to vedenje nemogoče, ker je v nasprotju z lokalnim realističnim pogledom na vzročnost. Kako lahko delci, ki se nahajajo daleč drug od drugega, medsebojno delujejo hkrati, so se vprašali.

Leta 1964 je razvil eksperimentalni test, ki je ovrgel Einsteinove trditve o tako imenovanih skritih spremenljivkah. Zato je splošno prepričanje, da informacije potujejo med zapletenimi delci, potencialno hitreje, kot lahko potuje svetloba. Kolikor vemo, čas ne obstaja za zapleteni delci (4).

Skupina fizikov na Hebrejski univerzi pod vodstvom Elija Megidisha v Jeruzalemu je leta 2013 poročala, da jim je uspelo zaplesti fotone, ki niso obstajali v času. Najprej so v prvem koraku ustvarili zapleten par fotonov, 1-2. Kmalu zatem so izmerili polarizacijo fotona 1 (lastnost, ki opisuje smer, v kateri svetloba niha) – s čimer so ga "ubili" (faza II). Foton 2 je bil poslan na pot in nastal je nov zapleten par 3-4 (korak III). Foton 3 je bil nato izmerjen skupaj s potujočim fotonom 2 na tak način, da se je koeficient prepletenosti "spremenil" iz starih parov (1-2 in 3-4) v nove kombinirane 2-3 (korak IV). Nekaj ​​časa kasneje (stopnja V) se izmeri polarnost edinega preživelega fotona 4 in rezultati se primerjajo s polarizacijo davno mrtvega fotona 1 (nazaj v stopnji II). Rezultat? Podatki so razkrili prisotnost kvantnih korelacij med fotonoma 1 in 4, "časovno nelokalnih". To pomeni, da lahko pride do zapleta v dveh kvantnih sistemih, ki nista nikoli soobstajala v času.

Megiddish in njegovi kolegi si ne morejo pomagati, da ne bi ugibali o možnih interpretacijah svojih rezultatov. Morda meritev polarizacije fotona 1 v koraku II nekako usmerja prihodnjo polarizacijo 4 ali pa meritev polarizacije fotona 4 v koraku V nekako prepiše prejšnje stanje polarizacije fotona 1. Tako v smeri naprej kot nazaj je kvant korelacije se širijo v vzročno praznino med smrtjo enega fotona in rojstvom drugega.

Kaj to pomeni v makro merilu? Znanstveniki, ki razpravljajo o možnih posledicah, govorijo o možnosti, da so naša opazovanja svetlobe zvezd nekako narekovala polarizacijo fotonov pred 9 milijardami let.

Dvojica ameriških in kanadskih fizikov, Matthew S. Leifer z Univerze Chapman v Kaliforniji in Matthew F. Pusey z Inštituta za teoretično fiziko Perimeter v Ontariu, sta pred nekaj leti opazila, da če se ne držimo dejstva, da je Einstein. Meritve, opravljene na delcu, se lahko odražajo v preteklosti in prihodnosti, kar v tej situaciji postane nepomembno. Po preoblikovanju nekaterih osnovnih predpostavk so znanstveniki razvili model, ki temelji na Bellovem izreku, v katerem se prostor spremeni v čas. Njihovi izračuni kažejo, zakaj se ob predpostavki, da je čas vedno pred nami, spotikamo ob protislovja.

Po besedah ​​Carla Rovellija je naše človeško dojemanje časa neločljivo povezano s tem, kako se obnaša toplotna energija. Zakaj poznamo samo preteklost, prihodnosti pa ne? Ključno je po mnenju znanstvenika enosmerni tok toplote od toplejših predmetov k hladnejšim. Kocka ledu, vržena v vročo skodelico kave, ohladi kavo. Toda proces je nepovraten. Človek kot nekakšen »termodinamični stroj« sledi tej puščici časa in ne more razumeti druge smeri. "Toda če opazujem mikroskopsko stanje," piše Rovelli, "razlika med preteklostjo in prihodnostjo izgine ... v osnovni slovnici stvari ni razlike med vzrokom in posledico."

Čas, merjen v kvantnih frakcijah

Ali pa je mogoče čas mogoče kvantizirati? Nedavno nastajajoča nova teorija nakazuje, da najmanjši možni časovni interval ne more preseči ene milijoninke milijarde milijarde sekunde. Teorija sledi konceptu, ki je vsaj osnovna lastnost ure. Po mnenju teoretikov lahko posledice tega razmišljanja pomagajo ustvariti "teorijo vsega".

Koncept kvantnega časa ni nov. Model kvantne gravitacije predlaga, da se čas kvantizira in ima določeno hitrost. Ta ciklični cikel je univerzalna najmanjša enota in nobena časovna dimenzija ne more biti manjša od te. Bilo bi tako, kot če bi v temelju vesolja obstajalo polje, ki določa minimalno hitrost gibanja vsega v njem in daje maso drugim delcem. V primeru te univerzalne ure "namesto da bi dala maso, bo dala čas," pojasnjuje Martin Bojowald, fizik, ki predlaga kvantizacijo časa.

Z modeliranjem takšne univerzalne ure sta on in njegovi kolegi na Pennsylvania State Collegeu v Združenih državah pokazala, da bi to pomenilo razliko pri umetnih atomskih urah, ki uporabljajo atomske vibracije za ustvarjanje najbolj natančnih znanih rezultatov. meritve časa. Po tem modelu se atomska ura (5) včasih ni sinhronizirala z univerzalno uro. To bi omejilo natančnost merjenja časa na eno samo atomsko uro, kar pomeni, da se lahko dve različni atomski uri na koncu ne ujemata z dolžino pretečenega obdobja. Glede na to, da so naše najboljše atomske ure skladne med seboj in lahko merijo tik do 10-19 sekund ali eno desetinko milijarde milijarde sekunde, osnovna enota časa ne more biti večja od 10-33 sekund. To so zaključki članka o tej teoriji, ki se je junija 2020 pojavil v reviji Physical Review Letters.

5. Atomska ura na osnovi lutecija na Nacionalni univerzi v Singapurju.

Preizkušanje, ali takšna osnovna enota časa obstaja, presega naše trenutne tehnološke zmožnosti, vendar se zdi še vedno bolj dostopno kot merjenje Planckovega časa, ki je 5,4 × 10–44 sekund.

Učinek metulja ne deluje!

Odstranjevanje časa iz kvantnega sveta ali njegovo kvantiziranje ima lahko zanimive posledice, a bodimo iskreni, ljudsko domišljijo poganja nekaj drugega, namreč potovanje skozi čas.

Pred približno letom dni je profesor fizike na Univerzi v Connecticutu Ronald Mallett za CNN povedal, da je napisal znanstveno enačbo, ki bi jo lahko uporabili kot osnovo za realnem časovnem stroju. Izdelal je celo napravo za ponazoritev ključnega elementa teorije. Meni, da je to teoretično mogoče spreminjanje časa v zankoki bi omogočil časovno potovanje v preteklost. Izdelal je celo prototip, ki prikazuje, kako lahko laserji pomagajo doseči ta cilj. Treba je poudariti, da Mallettovi sodelavci niso prepričani, da se bo njegov časovni stroj kdaj uresničil. Tudi Mallett priznava, da je njegova ideja na tej točki povsem teoretična.

Konec leta 2019 je New Scientist poročal, da sta fizika Barak Shoshani in Jacob Hauser z inštituta Perimeter v Kanadi opisala rešitev, pri kateri bi lahko človek teoretično potoval iz enega vir novic do drugega, mimo skozi luknjo v prostor-čas ali tunel, kot pravijo, "matematično mogoče". Ta model predpostavlja, da obstajajo različna vzporedna vesolja, v katerih lahko potujemo, in ima resno pomanjkljivost – potovanje skozi čas ne vpliva na lastno časovnico popotnikov. Na ta način lahko vplivate na druge kontinuume, vendar tisti, iz katerega smo začeli pot, ostane nespremenjen.

In ker smo v prostorsko-časovnem kontinuumu, potem s pomočjo kvantni računalnik Da bi simulirali potovanje skozi čas, so znanstveniki nedavno dokazali, da v kvantnem kraljestvu ni "učinka metulja", kot ga vidimo v številnih znanstvenofantastičnih filmih in knjigah. V poskusih na kvantnem nivoju, poškodovan, na videz skoraj nespremenjen, kot da se realnost zdravi sama od sebe. Prispevek o tej temi je bil objavljen to poletje v Psysical Review Letters. "Na kvantnem računalniku ni težav s simulacijo nasprotne evolucije v času ali s simulacijo procesa premikanja procesa nazaj v preteklost," je pojasnil Mikolay Sinitsyn, teoretični fizik v Nacionalnem laboratoriju Los Alamos in so- avtorica študije. delo. »Res lahko vidimo, kaj se zgodi s kompleksnim kvantnim svetom, če se vrnemo v preteklost, dodamo nekaj škode in se vrnemo nazaj. Ugotavljamo, da je naš prvobitni svet preživel, kar pomeni, da v kvantni mehaniki ni učinka metulja.«

To je za nas velik udarec, a tudi dobra novica za nas. Prostorsko-časovni kontinuum ohranja celovitost in ne dovoli, da bi ga majhne spremembe uničile. Zakaj? To je zanimivo vprašanje, a nekoliko drugačna tema kot čas sam.