Tidens gåte

Tid har alltid vært et problem. For det første var det vanskelig for selv de mest briljante hjernene å forstå hva tid egentlig var. I dag, når det ser ut til at vi forstår dette til en viss grad, tror mange at uten det, i hvert fall i tradisjonell forstand, vil det være mer behagelig.

"" Skrevet av Isaac Newton. Han mente at tid bare virkelig kunne forstås matematisk. For ham var endimensjonal absolutt tid og universets tredimensjonale geometri uavhengige og separate aspekter av objektiv virkelighet, og i hvert øyeblikk av absolutt tid skjedde alle hendelser i universet samtidig.

Med sin spesielle relativitetsteori fjernet Einstein begrepet samtidig tid. I følge hans idé er samtidighet ikke et absolutt forhold mellom hendelser: det som samtidig er i en referanseramme vil ikke nødvendigvis være samtidig i en annen.

Et eksempel på Einsteins forståelse av tid er myonen fra kosmiske stråler. Det er en ustabil subatomær partikkel med en gjennomsnittlig levetid på 2,2 mikrosekunder. Den dannes i den øvre atmosfæren, og selv om vi forventer at den skal reise bare 660 meter (med lysets hastighet 300 000 km/s) før den går i oppløsning, lar tidsutvidelseseffekter kosmiske myoner reise over 100 kilometer til jordoverflaten. og videre. . I en referanseramme med jorden lever myoner lenger på grunn av deres høye hastighet.

I 1907 introduserte Einsteins tidligere lærer Hermann Minkowski rom og tid som. Romtid oppfører seg som en scene der partikler beveger seg i universet i forhold til hverandre. Imidlertid var denne versjonen av romtid ufullstendig (se også: ). Det inkluderte ikke gravitasjon før Einstein introduserte generell relativitetsteori i 1916. Stoffet til rom-tid er kontinuerlig, glatt, forvrengt og deformert av tilstedeværelsen av materie og energi (2). Tyngdekraften er universets krumning, forårsaket av massive kropper og andre former for energi, som bestemmer veien objekter tar. Denne krumningen er dynamisk og beveger seg mens objekter beveger seg. Som fysiker John Wheeler sier: "Romtid tar over masse ved å fortelle den hvordan den skal bevege seg, og masse tar over romtid ved å fortelle den hvordan den skal krumme seg."

2. Einsteins rom-tid

Tid og kvanteverden

Den generelle relativitetsteorien anser tidens gang for å være kontinuerlig og relativ, og anser tidens gang for å være universell og absolutt i den valgte skiven. På 60-tallet førte et vellykket forsøk på å kombinere tidligere uforenlige ideer, kvantemekanikk og generell relativitetsteori til det som er kjent som Wheeler-DeWitt-ligningen, et skritt mot en teori kvantegravitasjon. Denne ligningen løste ett problem, men skapte et annet. Tid spiller ingen rolle i denne ligningen. Dette har ført til en stor kontrovers blant fysikere, som de kaller tidsproblemet.

Carlo Rovelli (3), en moderne italiensk teoretisk fysiker har en bestemt mening om denne saken. ", skrev han i boken "The Secret of Time".

3. Carlo Rovelli og hans bok

De som er enige i København-tolkningen av kvantemekanikk, mener at kvanteprosesser adlyder Schrödinger-ligningen, som er symmetrisk i tid og oppstår fra bølgekollapsen til en funksjon. I den kvantemekaniske versjonen av entropi, når entropien endres, er det ikke varme som strømmer, men informasjon. Noen kvantefysikere hevder å ha funnet opphavet til tidens pil. De sier at energi forsvinner og objekter justeres fordi elementærpartikler binder seg når de samhandler i en form for "kvantesammenfiltring". Einstein, sammen med kollegene Podolsky og Rosen, anså slik oppførsel for å være umulig fordi den var i strid med det lokale realistiske synet på årsakssammenheng. Hvordan kan partikler som ligger langt fra hverandre samhandle med hverandre på en gang, spurte de.

I 1964 utviklet han en eksperimentell test som motbeviste Einsteins påstander om såkalte skjulte variabler. Derfor er det allment antatt at informasjon beveger seg mellom sammenfiltrede partikler, potensielt raskere enn lys kan reise. Så vidt vi vet, finnes ikke tid for sammenfiltrede partikler (4).

En gruppe fysikere ved det hebraiske universitetet ledet av Eli Megidish i Jerusalem rapporterte i 2013 at de hadde lyktes i å vikle sammen fotoner som ikke eksisterte i tide. Først, i det første trinnet, skapte de et sammenfiltret par fotoner, 1-2. Kort tid etter målte de polarisasjonen til foton 1 (en egenskap som beskriver retningen som lyset svinger i) - og "drepte" det (trinn II). Foton 2 ble sendt på reise, og et nytt sammenfiltret par 3-4 ble dannet (trinn III). Foton 3 ble deretter målt sammen med bevegelig foton 2 på en slik måte at sammenfiltringskoeffisienten "endret seg" fra de gamle parene (1-2 og 3-4) til de nye kombinerte 2-3 (trinn IV). En tid senere (trinn V) måles polariteten til det eneste overlevende fotonet 4 og resultatene sammenlignes med polarisasjonen til det lenge døde fotonet 1 (tilbake i stadium II). Resultat? Dataene avslørte tilstedeværelsen av kvantekorrelasjoner mellom foton 1 og 4, "temporalt ikke-lokale". Dette betyr at sammenfiltring kan oppstå i to kvantesystemer som aldri har eksistert sammen i tid.

Megiddish og kollegene hans kan ikke la være å spekulere i mulige tolkninger av resultatene deres. Kanskje målingen av polarisasjonen til foton 1 i trinn II på en eller annen måte styrer den fremtidige polarisasjonen til 4, eller målingen av polarisasjonen til foton 4 i trinn V omskriver på en eller annen måte den forrige polarisasjonstilstanden til foton 1. Både forover og bakover forplanter kvantekorrelasjoner seg til det kausale tomrommet mellom døden til ett foton og fødselen av et annet.

Hva betyr dette på en makroskala? Forskere, som diskuterer mulige implikasjoner, snakker om muligheten for at våre observasjoner av stjernelys på en eller annen måte dikterte polariseringen av fotoner for 9 milliarder år siden.

Et par amerikanske og kanadiske fysikere, Matthew S. Leifer fra Chapman University i California og Matthew F. Pusey ved Perimeter Institute for Theoretical Physics i Ontario, la for noen år siden merke til at hvis vi ikke holder oss til det faktum at Einstein. Målinger gjort på en partikkel kan reflekteres i fortid og fremtid, noe som blir irrelevant i denne situasjonen. Etter å ha omformulert noen grunnleggende antakelser, utviklet forskerne en modell basert på Bells teorem, der rom forvandles til tid. Beregningene deres viser hvorfor vi, forutsatt at tiden alltid er foran, snubler over motsetninger.

Ifølge Carl Rovelli er vår menneskelige oppfatning av tid uløselig knyttet til hvordan termisk energi oppfører seg. Hvorfor kjenner vi bare fortiden og ikke fremtiden? Nøkkelen, ifølge forskeren, ensrettet varmestrøm fra varmere gjenstander til kaldere. En isbit kastet i en varm kopp kaffe avkjøler kaffen. Men prosessen er irreversibel. Mennesket, som en slags «termodynamisk maskin», følger denne tidens pil og er ikke i stand til å forstå en annen retning. "Men hvis jeg observerer en mikroskopisk tilstand," skriver Rovelli, "forsvinner forskjellen mellom fortid og fremtid ... i tingenes elementære grammatikk er det ingen forskjell mellom årsak og virkning."

Tid målt i kvantebrøker

Eller kanskje tid kan kvantiseres? En nylig dukket ny teori antyder at det minste tenkelige tidsintervallet ikke kan overstige en milliondels milliarddels milliarddels sekund. Teorien følger et konsept som i det minste er den grunnleggende egenskapen til en klokke. I følge teoretikere kan konsekvensene av dette resonnementet være med på å skape en «teori om alt».

Konseptet med kvantetid er ikke nytt. Modell av kvantegravitasjon foreslår at tiden skal kvantiseres og ha en viss tick rate. Denne tikkende syklusen er den universelle minimumsenheten, og ingen tidsdimensjon kan være mindre enn dette. Det ville være som om det var et felt ved universets grunnlag som bestemmer minimumshastigheten til alt i det, og gir masse til andre partikler. I tilfellet med denne universelle klokken, "i stedet for å gi masse, vil den gi tid," forklarer en fysiker som foreslår å kvantisere tid, Martin Bojowald.

Ved å simulere en slik universell klokke, viste han og kollegene hans ved Pennsylvania State College i USA at det ville gjøre en forskjell i kunstige atomklokker, som bruker atomvibrasjoner for å produsere de mest nøyaktige resultatene som er kjent. tidsmålinger. I følge denne modellen synkroniserte ikke atomklokken (5) seg noen ganger med den universelle klokken. Dette vil begrense nøyaktigheten av tidsmåling til en enkelt atomklokke, noe som betyr at to forskjellige atomklokker kan ende opp med å ikke samsvare med lengden på den forløpte perioden. Gitt at våre beste atomklokker er konsistente med hverandre og kan måle flått ned til 10-19 sekunder, eller en tidel milliarddels milliarddels sekund, kan ikke den grunnleggende tidsenheten være mer enn 10-33 sekunder. Dette er konklusjonene i en artikkel om denne teorien som dukket opp i juni 2020 i tidsskriftet Physical Review Letters.

5. Lutetium-basert atomklokke ved National University of Singapore.

Å teste om en slik basisenhet for tid eksisterer er utenfor våre nåværende teknologiske evner, men virker fortsatt mer tilgjengelig enn å måle Planck-tid, som er 5,4 × 10–44 sekunder.

Sommerfugleffekten virker ikke!

Å fjerne tid fra kvanteverdenen eller kvantisere den kan få interessante konsekvenser, men la oss være ærlige, den populære fantasien er drevet av noe annet, nemlig tidsreiser.

For omtrent et år siden fortalte fysikkprofessor Ronald Mallett ved University of Connecticut til CNN at han hadde skrevet en vitenskapelig ligning som kunne brukes som grunnlag for sanntidsmaskin. Han bygde til og med en enhet for å illustrere et nøkkelelement i teorien. Han mener at det er teoretisk mulig snu tiden til en løkkesom ville tillate tidsreise til fortiden. Han bygget til og med en prototype som viser hvordan lasere kan bidra til å nå dette målet. Det skal bemerkes at Malletts kolleger ikke er overbevist om at tidsmaskinen hans noen gang vil materialisere seg. Selv Mallett innrømmer at ideen hans er helt teoretisk på dette punktet.

På slutten av 2019 rapporterte New Scientist at fysikerne Barak Shoshani og Jacob Hauser fra Perimeter Institute i Canada beskrev en løsning der en person teoretisk kunne reise fra en nyhetsfeed til den andre, passerer gjennom et hull romtid eller en tunnel, som de sier, "matematisk mulig". Denne modellen forutsetter at det finnes ulike parallelle universer vi kan reise i, og har en alvorlig ulempe – tidsreiser påvirker ikke de reisendes egen tidslinje. På denne måten kan du påvirke andre kontinuumer, men den vi startet reisen fra forblir uendret.

Og siden vi er i rom-tid continua, da ved hjelp av kvantedatamaskin For å simulere tidsreiser har forskere nylig bevist at det ikke er noen "sommerfugleffekt" i kvanteriket, slik det sees i mange science fiction-filmer og -bøker. I eksperimenter på kvantenivå, skadet, tilsynelatende nesten uendret, som om virkeligheten helbreder seg selv. En artikkel om emnet dukket opp i sommer i Psysical Review Letters. "På en kvantedatamaskin er det ingen problemer verken med å simulere den motsatte utviklingen i tid, eller med å simulere prosessen med å flytte prosessen tilbake til fortiden," forklarte Mikolay Sinitsyn, en teoretisk fysiker ved Los Alamos National Laboratory og co- forfatter av studien. Arbeid. "Vi kan virkelig se hva som skjer med den komplekse kvanteverdenen hvis vi går tilbake i tid, legger til noe skade og går tilbake. Vi finner ut at vår urverden har overlevd, noe som betyr at det ikke er noen sommerfugleffekt i kvantemekanikken.»

Dette er et stort slag for oss, men også gode nyheter for oss. Rom-tidskontinuumet opprettholder integriteten, og lar ikke små endringer ødelegge det. Hvorfor? Dette er et interessant spørsmål, men et litt annet tema enn selve tiden.