Мистеријата на времето

Времето отсекогаш било проблем. Прво, дури и за извонредните умови беше тешко да разберат колку навистина е времето. Денес, кога ни се чини дека тоа донекаде го разбираме, многумина веруваат дека без него, барем во традиционална смисла, ќе биде поудобно.

"" Напишано од Исак Њутн. Тој веруваше дека времето може вистински да се разбере само математички. За него, еднодимензионалното апсолутно време и тродимензионалната геометрија на Универзумот беа независни и посебни аспекти на објективната реалност и во секој момент од апсолутното време, сите настани во Универзумот се случуваа истовремено.

Со својата специјална теорија на релативност, Ајнштајн го елиминирал концептот на симултано време. Според неговата идеја, симултаноста не е апсолутна врска меѓу настаните: она што е симултано во една референтна рамка нема нужно да биде истовремено во друга.

Пример за разбирањето на времето на Ајнштајн е мионот од космичките зраци. Тоа е нестабилна субатомска честичка со просечен животен век од 2,2 микросекунди. Се формира во горниот дел од атмосферата, и иако очекуваме да патува само 660 метри (со брзина на светлината 300 km/s) пред да се распадне, ефектите на временско проширување им овозможуваат на космичките миони да патуваат повеќе од 000 километри до површината на Земјата. и понатаму. . Во референтната рамка на Земјата, мионите живеат подолго поради нивната голема брзина.

Во 1907 година, поранешниот учител на Ајнштајн Херман Минковски ги воведе просторот и времето како. Времето на просторот се однесува како сцена во која честичките се движат во универзумот релативно едни на други. Сепак, оваа верзија на време-просторот беше нецелосна (исто така види: ). Не ја вклучуваше гравитацијата додека Ајнштајн не ја воведе општата релативност во 1916 година. Ткаенината на време-просторот е континуирана, мазна, закривена и деформирана од присуството на материја и енергија (2). Гравитацијата е искривување на универзумот предизвикано од масивни тела и други форми на енергија што ја одредува патеката по која се движат предметите. Оваа кривина е динамична, се движи додека се движат предметите. Како што вели физичарот Џон Вилер, „просторот ја заробува масата, кажувајќи и како да се движи, а масата го заробува простор-времето, кажувајќи му како да криви“.

2. Ајнштајн простор-време

Времето и квантниот свет

Општата теорија на релативност го смета текот на времето за континуиран и релативен, а текот на времето го смета за универзален и апсолутен во избраниот дел. Во 60-тите, успешниот обид да се комбинираат претходно некомпатибилните идеи, квантната механика и општата релативност доведе до она што е познато како равенка Вилер-ДеВит, чекор кон теоријата. квантна гравитација. Оваа равенка реши еден проблем, но создаде друг. Времето не игра никаква улога во оваа равенка. Ова доведе до голема контроверзност меѓу физичарите, што тие го нарекуваат проблем на времето.

Карло Ровели (3), модерен италијански теоретски физичар има дефинитивно мислење за ова прашање. “, напиша тој во книгата „Тајната на времето“.

3. Карло Ровели и неговата книга

Оние кои се согласуваат со копенхагенското толкување на квантната механика веруваат дека квантните процеси се покоруваат на равенката на Шредингер, која е симетрична во времето и произлегува од брановиот колапс на функцијата. Во квантната механичка верзија на ентропијата, кога ентропијата се менува, не тече топлина, туку информација. Некои квантни физичари тврдат дека го пронашле оригиналниот извор на стрелката на времето. Тие велат дека енергијата се расфрла и предметите се усогласуваат бидејќи субатомските честички се врзани заедно со интеракција во форма на „квантно заплеткување“. Ајнштајн, заедно со неговите колеги Подолски и Розен, сметале дека таквото однесување е невозможно бидејќи тоа е во спротивност со локалното реалистичко гледиште за каузалноста. Како можат честичките лоцирани далеку една од друга веднаш да комуницираат една со друга, прашаа тие.

Во 1964 година, тој разви експериментален тест кој ги отфрли тврдењата на Ајнштајн за таканаречените скриени променливи. Следствено, широко се верува дека информацијата всушност патува помеѓу заплетканите честички, потенцијално побрзо отколку што може да патува светлината. Колку што знаеме, времето не постои за заплеткани честички (4).

Тим физичари од Хебрејскиот универзитет предводен од Ели Мегидиш во Ерусалим во 2013 година известија дека успеале да заплеткаат фотони кои не коегзистирале во времето. Прво, во првата фаза создадоа заплеткан пар фотони, 1-2. Набргу потоа, тие ја измериле поларизацијата на фотонот 1 (својството што ја опишува насоката во која осцилира светлината) - со што го „убивале“ (фаза II). Фотон 2 беше испратен на своето патување и беше формиран нов заплетен пар 3-4 (чекор III). Фотонот 3 потоа беше измерен заедно со патувачкиот фотон 2 така што коефициентот на заплеткување „се промени“ од старите парови (1-2 и 3-4) на новиот комбиниран 2-3 (чекор IV). Некое време подоцна (стадиум V), се мери поларитетот на единствениот преживеан фотон 4, а резултатите се споредуваат со поларизацијата на одамна мртвиот фотон 1 (назад во фаза II). Резултат? Податоците открија квантни корелации помеѓу фотоните 1 и 4, кои беа „привремено нелокални“. Ова значи дека заплеткувањето може да настане во два квантни системи кои никогаш не коегзистирале во времето.

Мегидиш и неговите колеги не можат а да не шпекулираат за можни толкувања на нивните резултати. Можеби мерењето на поларизацијата на фотонот 1 во чекор II некако ја насочува идната поларизација на 4, или мерењето на поларизацијата на фотонот 4 во чекор V некако ја препишува претходната состојба на поларизација на фотонот 1. И во напред и назад, квантните корелации се шират до каузалната празнина помеѓу смртта на еден фотон и раѓањето на друг.

Што може да значи ова на макро скала? Научниците кои разговараат за можните импликации ја зголемуваат можноста дека нашите набљудувања на ѕвездената светлина некако ја диктирале поларизацијата на фотоните пред 9 милијарди години.

Пар американски и канадски физичари, Метју С. Мерењата направени на честичка може да се рефлектираат во минатото и иднината, што во оваа ситуација станува ирелевантно. Со преформулирање на некои основни претпоставки, научниците развија модел заснован на теоремата на Бел во кој просторот се трансформира во време. Нивните пресметки покажуваат зошто, под претпоставка дека времето е секогаш напред, се сопнуваме поради противречности.

Според Карл Ровели, нашата човечка перцепција за времето е нераскинливо поврзана со начинот на кој се однесува топлинската енергија. Зошто го знаеме само минатото, а не и иднината? Клучот, како што сугерира научникот, еднонасочен проток на топлина од потопли кон поладни објекти. Спуштена коцка мраз во топла шолја кафе го лади кафето. Но, процесот е неповратен. Човекот, како некаква „термодинамичка машина“, ја следи оваа стрелка на времето и не е во состојба да разбере која било друга насока. „Но, ако набљудувам микроскопска состојба“, пишува Ровели, „разликата помеѓу минатото и иднината исчезнува... во елементарната граматика на нештата нема разлика помеѓу причината и последицата“.

Времето мерено во квантни фракции

Или можеби времето може да се квантизира? Неодамна се појави нова теорија сугерира дека најмалиот можен временски интервал не може да надмине милионити дел од милијардити дел од секундата. Теоријата го следи концептот што е барем основно својство на часовникот. Според теоретичарите, импликациите од ова расудување би можеле да помогнат да се создаде „теорија за сè“.

Концептот на квантно време не е нов. Модел на квантна гравитација предлага времето да се квантизира и да има специфична брзина на штиклирање. Овој циклус на отчукување е универзална минимална единица, и ниедна димензија на времето не може да биде помала од оваа. Би било како да има поле во основата на Универзумот што ја одредува минималната брзина на сè во него, давајќи им маса на другите честички. Во случајот на овој универзален часовник, „наместо да дава маса, тој ќе даде време“, објаснува еден физичар кој предлага квантизирање на времето, Мартин Бојовалд.

Со симулирање на таков универзален часовник, тој и неговите колеги од Државниот колеџ во Пенсилванија во САД покажаа дека тоа ќе има импликации за вештачките атомски часовници, кои користат атомски вибрации за да ги добијат најточните познати резултати. мерења на времето. Според овој модел, брзината на атомските часовници (5) понекогаш била надвор од синхронизација со брзината на универзалниот часовник. Ова би ја ограничило точноста на мерењето на времето само на атомскиот часовник, што значи дека два различни атомски часовници може да завршат да не се совпаѓаат во должината на изминатиот период. Имајќи предвид дека нашите најдобри атомски часовници се конзистентни еден со друг и можат да мерат отчукувања до 10-19 секунди или една десетина од милијардити дел од милијардити дел од секундата, основната единица време не може да биде поголема од 10-33 секунди. . Ова се заклучоците од трудот за оваа теорија што се појави во јуни 2020 година во списанието Physical Review Letters.

5. Атомски часовник базиран на лутециум на Националниот универзитет во Сингапур.

Тестирањето дали постои таква основна единица време е надвор од нашите сегашни технолошки можности, но сепак изгледа подостапно од мерењето на времето на Планк, кое е 5,4 × 10–44 секунди.

Ефектот на пеперутка не функционира!

Отстранувањето на времето од квантниот свет, или неговото квантизирање, би можело да има интересни последици, но да бидеме искрени, популарната имагинација е поттикната од нешто друго, а тоа е патувањето низ времето.

Пред околу една година, професорот по физика на Универзитетот во Конектикат, Роналд Малет, изјави за Си-Ен-Ен дека напишал научна равенка што може да се користи како основа за машина за реално време. Тој дури изградил уред за да илустрира клучен елемент на теоријата. Тој смета дека тоа е теоретски можно претворајќи го времето во јамкашто би овозможило патување низ времето во минатото. Тој дури изградил прототип кој покажува како ласерите можат да помогнат да се постигне оваа цел. Треба да се напомене дека колегите на Малет не се сигурни дека неговата временска машина некогаш ќе се материјализира. Дури и Малет признава дека неговата идеја е целосно теоретска во овој момент.

Кон крајот на 2019 година, New Scientist објави дека физичарите Барак Шошани и Џејкоб Хаузер од Институтот Периметар во Канада опишале решение во кое едно лице теоретски може да патува од една новости до вториот, поминувајќи низ дупката во простор-време или тунел, како што велат, „математички можен“. Овој модел претпоставува дека постојат различни паралелни универзуми во кои можеме да патуваме, а има сериозен недостаток - патувањето низ времето не влијае на сопствената временска линија на патниците. Така можете да влијаете на други континууми, но оној од кој го започнавме патувањето останува ист.

А бидејќи сме во просторно-временски континууми, тогаш со помош квантен компјутер За да симулираат патување низ времето, научниците неодамна докажаа дека во квантното царство не постои „ефект на пеперутка“, што се гледа во многу научно-фантастични филмови и книги. Во експериментите на квантно ниво, оштетени, навидум речиси непроменети, како реалноста да се лекува самата себе. Трудот на оваа тема се појави летово во Psychological Review Letters. „На квантен компјутер нема проблем ниту да се симулира спротивната еволуција во времето, ниту да се симулира процесот на префрлање на процесот назад во минатото“, објасни Миколај Синицин, теоретски физичар во Националната лабораторија Лос Аламос и коавтор на студијата. . Работа. „Всушност можеме да видиме што се случува со сложениот квантен свет ако се вратиме во времето, додадеме мала штета и се вратиме назад. Откривме дека нашиот примитивен свет преживеал, што значи дека нема ефект на пеперутка во квантната механика“.

Ова е голем удар за нас, но можеби и добра вест за нас. Просторно-временскиот континуум го одржува својот интегритет, спречувајќи мали промени да го уништат. Зошто? Ова е интересно прашање, но малку поинаква тема од самото време.