Tidens gåde

Tid har altid været et problem. For det første var det svært for selv de mest geniale hjerner at forstå, hvad tid egentlig var. I dag, hvor det forekommer os, at vi forstår dette til en vis grad, tror mange, at uden det, i det mindste i traditionel forstand, vil det være mere behageligt.

"" Skrevet af Isaac Newton. Han mente, at tid kun virkelig kunne forstås matematisk. For ham var endimensionel absolut tid og universets tredimensionelle geometri uafhængige og separate aspekter af objektiv virkelighed, og i hvert øjeblik af absolut tid fandt alle begivenheder i universet sted samtidigt.

Med sin specielle relativitetsteori fjernede Einstein begrebet samtidig tid. Ifølge hans idé er samtidighed ikke et absolut forhold mellem begivenheder: det, der samtidig er i én referenceramme, vil ikke nødvendigvis være samtidig i en anden.

Et eksempel på Einsteins forståelse af tid er myonen fra kosmiske stråler. Det er en ustabil subatomær partikel med en gennemsnitlig levetid på 2,2 mikrosekunder. Den dannes i den øvre atmosfære, og selvom vi forventer, at den kun rejser 660 meter (med lysets hastighed 300 km/s), før den går i opløsning, giver tidsudvidelseseffekter kosmiske myoner mulighed for at rejse over 000 kilometer til Jordens overflade. og videre. . I en referenceramme med Jorden lever myoner længere på grund af deres høje hastighed.

I 1907 introducerede Einsteins tidligere lærer Hermann Minkowski rum og tid som. Rumtid opfører sig som en scene, hvor partikler bevæger sig i universet i forhold til hinanden. Denne version af rumtid var dog ufuldstændig (se også: ). Det inkluderede ikke tyngdekraften, før Einstein introducerede generel relativitetsteori i 1916. Rum-tidens struktur er kontinuerlig, glat, skæv og deformeret af tilstedeværelsen af ​​stof og energi (2). Tyngdekraften er universets krumning, forårsaget af massive kroppe og andre former for energi, der bestemmer den vej, objekter tager. Denne krumning er dynamisk og bevæger sig, når objekter bevæger sig. Som fysikeren John Wheeler siger: "Rumtiden overtager massen ved at fortælle den, hvordan den skal bevæge sig, og massen overtager rumtiden ved at fortælle den, hvordan den kurver."

2. Einsteins rum-tid

Tid og kvanteverden

Den generelle relativitetsteori anser tidens gang for at være kontinuerlig og relativ og betragter tidens gang for at være universel og absolut i den valgte skive. I 60'erne førte et vellykket forsøg på at kombinere tidligere uforenelige ideer, kvantemekanik og generel relativitetsteori til det, der er kendt som Wheeler-DeWitt-ligningen, et skridt i retning af teorien kvantetyngdekraften. Denne ligning løste et problem, men skabte et andet. Tid spiller ingen rolle i denne ligning. Dette har ført til en stor polemik blandt fysikere, som de kalder tidsproblemet.

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

3. Carlo Rovelli og hans bog

De, der er enige i den københavnske fortolkning af kvantemekanikken, mener, at kvanteprocesser adlyder Schrödinger-ligningen, som er symmetrisk i tid og opstår fra en funktions bølgekollaps. I den kvantemekaniske version af entropi, når entropien ændrer sig, er det ikke varme, der strømmer, men information. Nogle kvantefysikere hævder at have fundet oprindelsen til tidens pil. De siger, at energi forsvinder, og objekter justeres, fordi elementarpartikler binder sig sammen, når de interagerer i en form for "kvantesammenfiltring". Einstein fandt sammen med sine kolleger Podolsky og Rosen, at denne adfærd var umulig, fordi den var i modstrid med det lokale realistiske syn på årsagssammenhæng. Hvordan kan partikler, der ligger langt fra hinanden, interagere med hinanden på én gang, spurgte de.

I 1964 udviklede han en eksperimentel test, der modbeviste Einsteins påstande om såkaldte skjulte variable. Derfor er det en udbredt opfattelse, at information rejser mellem sammenfiltrede partikler, potentielt hurtigere end lys kan rejse. Så vidt vi ved, eksisterer tiden ikke til sammenfiltrede partikler (4).

En gruppe fysikere ved det hebraiske universitet ledet af Eli Megidish i Jerusalem rapporterede i 2013, at det var lykkedes dem at sammenfiltre fotoner, der ikke eksisterede side om side i tide. Først, i det første trin, skabte de et sammenfiltret par fotoner, 1-2. Kort efter målte de polariseringen af ​​foton 1 (en egenskab, der beskriver den retning, lyset svinger i) - og derved "dræbte" det (stadie II). Foton 2 blev sendt på en rejse, og et nyt sammenfiltret par 3-4 blev dannet (trin III). Foton 3 blev derefter målt sammen med den bevægende foton 2 på en sådan måde, at sammenfiltringskoefficienten "ændredes" fra de gamle par (1-2 og 3-4) til de nye kombinerede 2-3 (trin IV). Nogen tid senere (trin V) måles polariteten af ​​den eneste overlevende foton 4, og resultaterne sammenlignes med polariseringen af ​​den længe døde foton 1 (tilbage i trin II). Resultat? Dataene afslørede tilstedeværelsen af ​​kvantekorrelationer mellem foton 1 og 4, "temporalt ikke-lokale". Det betyder, at sammenfiltring kan forekomme i to kvantesystemer, der aldrig har eksisteret side om side i tid.

Megiddish og hans kolleger kan ikke lade være med at spekulere i mulige fortolkninger af deres resultater. Måske styrer målingen af ​​polariseringen af ​​foton 1 i trin II på en eller anden måde den fremtidige polarisering af 4, eller målingen af ​​polariseringen af ​​foton 4 i trin V overskriver på en eller anden måde den tidligere polarisationstilstand for foton 1. I både fremadgående og bagudgående retning strækker kvantekorrelationer sig ind i det kausale hulrum mellem et andet fotos fødsel og døden af ​​et andet foto.

Hvad betyder det på en makroskala? Forskere, der diskuterer de mulige implikationer, taler om muligheden for, at vores observationer af stjernelys på en eller anden måde dikterede polariseringen af ​​fotoner for 9 milliarder år siden.

Et par amerikanske og canadiske fysikere, Matthew S. Leifer ved Chapman University i Californien og Matthew F. Pusey ved Perimeter Institute for Theoretical Physics i Ontario, bemærkede for et par år siden, at hvis vi ikke holder os til, at Einstein. Målinger foretaget på en partikel kan afspejles i fortiden og fremtiden, hvilket bliver irrelevant i denne situation. Efter at have omformuleret nogle grundlæggende antagelser, udviklede forskerne en model baseret på Bells sætning, hvori rummet omdannes til tid. Deres beregninger viser, hvorfor vi, hvis vi antager, at tiden altid er forude, snubler over modsigelser.

Ifølge Carl Rovelli er vores menneskelige tidsopfattelse uløseligt forbundet med, hvordan termisk energi opfører sig. Hvorfor kender vi kun fortiden og ikke fremtiden? Nøglen, ifølge videnskabsmanden, ensrettet varmestrøm fra varmere genstande til koldere. En isterning smidt i en varm kop kaffe afkøler kaffen. Men processen er irreversibel. Mennesket, som en slags "termodynamisk maskine", følger denne tidspil og er ude af stand til at forstå en anden retning. "Men hvis jeg observerer en mikroskopisk tilstand," skriver Rovelli, "forsvinder forskellen mellem fortid og fremtid... i tingenes elementære grammatik er der ingen forskel mellem årsag og virkning."

Tid målt i kvantebrøker

Eller måske kan tiden kvantificeres? En nyligt opstået ny teori antyder, at det mindste tænkelige tidsinterval ikke kan overstige en milliontedel af en milliardtedel af en milliardtedel af et sekund. Teorien følger et koncept, der i det mindste er den grundlæggende egenskab ved et ur. Konsekvenserne af dette ræsonnement kan ifølge teoretikere være med til at skabe en ”teori om alting”.

Begrebet kvantetid er ikke nyt. Model af kvantetyngdekraft foreslår, at tiden skal kvantificeres og have en vis afkrydsningsrate. Denne tikkende cyklus er den universelle minimumsenhed, og ingen tidsdimension kan være mindre end dette. Det ville være, som om der var et felt ved universets grundlag, der bestemmer minimumshastigheden for bevægelse af alt i det, hvilket giver masse til andre partikler. I tilfældet med dette universelle ur, "i stedet for at give masse, vil det give tid," forklarer en fysiker, der foreslår at kvantisere tiden, Martin Bojowald.

Ved at modellere et sådant universelt ur viste han og hans kolleger ved Pennsylvania State College i USA, at det ville gøre en forskel i kunstige atomure, som bruger atomvibrationer til at producere de mest nøjagtige resultater, man kender. tidsmålinger. Ifølge denne model synkroniserede atomuret (5) nogle gange ikke med det universelle ur. Dette ville begrænse nøjagtigheden af ​​tidsmålingen til et enkelt atomur, hvilket betyder, at to forskellige atomure kan ende med ikke at matche længden af ​​den forløbne periode. I betragtning af at vores bedste atomure stemmer overens med hinanden og kan måle tick ned til 10-19 sekunder, eller en tiendedel af en milliardtedel af en milliardtedel af et sekund, kan den grundlæggende tidsenhed ikke være mere end 10-33 sekunder. Dette er konklusionerne af en artikel om denne teori, der udkom i juni 2020 i tidsskriftet Physical Review Letters.

5. Lutetium-baseret atomur ved National University of Singapore.

At teste, om en sådan basisenhed af tid eksisterer, er ud over vores nuværende teknologiske muligheder, men det virker stadig mere tilgængeligt end at måle Planck-tid, som er 5,4 × 10-44 sekunder.

Sommerfugleeffekten virker ikke!

At fjerne tid fra kvanteverdenen eller kvantisere den kan have interessante konsekvenser, men lad os være ærlige, så er den populære fantasi drevet af noget andet, nemlig tidsrejser.

For omkring et år siden fortalte fysikprofessor Ronald Mallett ved University of Connecticut til CNN, at han havde skrevet en videnskabelig ligning, der kunne bruges som grundlag for realtidsmaskine. Han byggede endda en enhed til at illustrere et nøgleelement i teorien. Han mener, at det er teoretisk muligt forvandler tiden til en løkkesom ville tillade tidsrejser til fortiden. Han byggede endda en prototype, der viser, hvordan lasere kan hjælpe med at nå dette mål. Det skal bemærkes, at Malletts kolleger ikke er overbevist om, at hans tidsmaskine nogensinde vil blive til virkelighed. Selv Mallett indrømmer, at hans idé er helt teoretisk på dette tidspunkt.

I slutningen af ​​2019 rapporterede New Scientist, at fysikerne Barak Shoshani og Jacob Hauser fra Perimeter Institute i Canada beskrev en løsning, hvor en person teoretisk kunne rejse fra en nyhedsstrøm til den anden, passerer gennem et hul rumtid eller en tunnel, som man siger, "matematisk mulig". Denne model antager, at der er forskellige parallelle universer, vi kan rejse i, og har en alvorlig ulempe – tidsrejser påvirker ikke de rejsendes egen tidslinje. På denne måde kan du påvirke andre kontinuumer, men det, vi startede rejsen fra, forbliver uændret.

Og da vi er i rum-tid continua, så ved hjælp af kvantecomputer For at simulere tidsrejser har videnskabsmænd for nylig bevist, at der ikke er nogen "sommerfugleeffekt" i kvanteriget, som det ses i mange science fiction-film og -bøger. I eksperimenter på kvanteniveau, beskadiget, tilsyneladende næsten uændret, som om virkeligheden helbreder sig selv. Et papir om emnet udkom denne sommer i Psysical Review Letters. "På en kvantecomputer er der ingen problemer hverken med at simulere den modsatte udvikling i tid eller med at simulere processen med at flytte processen tilbage til fortiden," forklarede Mikolay Sinitsyn, en teoretisk fysiker ved Los Alamos National Laboratory og co- forfatter til undersøgelsen. Arbejde. "Vi kan virkelig se, hvad der sker med den komplekse kvanteverden, hvis vi går tilbage i tiden, tilføjer noget skade og går tilbage. Vi finder ud af, at vores urverden har overlevet, hvilket betyder, at der ikke er nogen sommerfugleeffekt i kvantemekanikken."

Dette er et stort slag for os, men også gode nyheder for os. Rum-tidskontinuummet bevarer integriteten og tillader ikke små ændringer at ødelægge det. Hvorfor? Dette er et interessant spørgsmål, men et lidt anderledes emne end tiden selv.