Gáta tímans

Tíminn hefur alltaf verið vandamál. Í fyrsta lagi var erfitt fyrir jafnvel ljómandi hugara að skilja hvað tíminn raunverulega væri. Í dag, þegar okkur sýnist að við skiljum þetta að einhverju leyti, telja margir að án þess, að minnsta kosti í hefðbundnum skilningi, verði þetta þægilegra.

"" Skrifað af Isaac Newton. Hann trúði því að aðeins væri hægt að skilja tímann raunverulega stærðfræðilega. Fyrir honum voru einvídd alger tími og þrívídd rúmfræði alheimsins sjálfstæðir og aðskildir þættir hlutlægs veruleika og á hverju augnabliki algerra tíma gerðust allir atburðir í alheiminum samtímis.

Með sérstakri afstæðiskenningu sinni fjarlægði Einstein hugtakið samtímis. Samkvæmt hugmynd hans er samtími ekki algert samband milli atburða: það sem er samtímis í einum viðmiðunarramma þarf ekki endilega að vera samtímis í öðrum.

Dæmi um tímaskilning Einsteins er múon frá geimgeislum. Það er óstöðug subatomic ögn með meðallíftíma 2,2 míkrósekúndur. Það myndast í efri lofthjúpnum og þó við gerum ráð fyrir að það fari aðeins 660 metra (á ljóshraða 300 km/s) áður en það sundrast, gera tímaútvíkkunaráhrif geimmúnum kleift að ferðast yfir 000 kílómetra upp á yfirborð jarðar. og lengra. . Í viðmiðunarramma við jörðina lifa múónar lengur vegna mikils hraða.

Árið 1907 kynnti Hermann Minkowski, fyrrverandi kennari Einsteins, rúm og tíma sem. Geimtími hegðar sér eins og vettvangur þar sem agnir hreyfast í alheiminum miðað við hvor aðra. Hins vegar var þessi útgáfa af rúmtíma ófullnægjandi (sjá einnig: ). Það innihélt ekki þyngdarafl fyrr en Einstein kynnti almenna afstæðiskenninguna árið 1916. Efni tímarúmsins er samfellt, slétt, skekkt og afmyndað vegna nærveru efnis og orku (2). Þyngdarafl er sveigjanleiki alheimsins, af völdum massamikilla líkama og annars konar orku, sem ákvarðar leiðina sem hlutir fara. Þessi sveigja er kraftmikil, hreyfist þegar hlutir hreyfast. Eins og eðlisfræðingurinn John Wheeler segir: „Geimtíminn tekur yfir massa með því að segja honum hvernig hann eigi að hreyfa sig og massi tekur yfir rúmtímann með því að segja honum hvernig hann eigi að sveigjast.

2. Tímarúm Einsteins

Tíminn og skammtaheimurinn

Almenna afstæðiskenningin lítur svo á að tímatíminn sé samfelldur og afstæður og telur tímann vera algildan og algjöran í valinni sneið. Á sjöunda áratugnum leiddi árangursrík tilraun til að sameina áður ósamrýmanlegar hugmyndir, skammtafræði og almenna afstæðiskenningu til þess sem er þekkt sem Wheeler-DeWitt jöfnan, skref í átt að kenningunni. skammtaþyngdarafl. Þessi jafna leysti eitt vandamál en bjó til annað. Tíminn spilar engan þátt í þessari jöfnu. Þetta hefur leitt til mikilla deilna meðal eðlisfræðinga sem þeir kalla tímavandamál.

Carlo Rovelli (3), nútíma ítalskur fræðilegur eðlisfræðingur hefur ákveðna skoðun á þessu máli. “, skrifaði hann í bókinni „The Secret of Time“.

3. Carlo Rovelli og bók hans

Þeir sem eru sammála Kaupmannahafnartúlkun á skammtafræði telja að skammtaferli hlýði Schrödinger jöfnunni sem er samhverf í tíma og stafar af bylgjuhruni falls. Í skammtafræðiútgáfu óreiðu, þegar óreiðu breytist, er það ekki varmi sem streymir, heldur upplýsingar. Sumir skammtaeðlisfræðingar segjast hafa fundið uppruna tímaársins. Þeir segja að orka dreifist og hlutir raðast saman vegna þess að grunnagnir bindast þegar þær hafa samskipti í formi „skammtaflækju“. Einstein, ásamt félögum sínum Podolsky og Rosen, töldu slíka hegðun ómögulega vegna þess að hún stangaðist á við raunsæissjónarmið á staðnum um orsakasamhengi. Hvernig geta agnir sem eru staðsettar langt frá hvor annarri haft samskipti sín á milli í einu, spurðu þeir.

Árið 1964 þróaði hann tilraunapróf sem afsannaði fullyrðingar Einsteins um svokallaðar faldar breytur. Þess vegna er almennt talið að upplýsingar berist á milli flæktra agna, hugsanlega hraðar en ljós getur ferðast. Eins og við vitum er tími ekki til fyrir flæktar agnir (4).

Hópur eðlisfræðinga við Hebreska háskólann undir forystu Eli Megidish í Jerúsalem greindi frá því árið 2013 að þeim hefði tekist að flækja ljóseindir sem ekki voru til í tíma. Fyrst, í fyrsta skrefinu, bjuggu þeir til flækjuð par af ljóseindum, 1-2. Stuttu síðar mældu þeir skautun ljóseindar 1 (eiginleiki sem lýsir í hvaða átt ljósið sveiflast) - og „drap“ það þar með (stig II). Ljósmynd 2 var send í ferðalag og nýtt flækjupar 3-4 myndaðist (skref III). Ljóseind ​​3 var síðan mæld ásamt ferðaljóseind ​​2 á þann hátt að flækjustuðullinn „breyttist“ úr gömlu pörunum (1-2 og 3-4) í nýja sameinaða 2-3 (skref IV). Nokkru síðar (stig V) er pólun eina eftirlifandi ljóseindarinnar 4 mæld og niðurstöðurnar bornar saman við pólun löngu dauðu ljóseindarinnar 1 (aftur á stigi II). Niðurstaða? Gögnin leiddu í ljós skammtafylgni milli ljóseinda 1 og 4, "tímabundið ekki staðbundið". Þetta þýðir að flækja getur átt sér stað í tveimur skammtakerfum sem hafa aldrei verið saman í tíma.

Megiddish og samstarfsmenn hans geta ekki annað en velt fyrir sér hugsanlegum túlkunum á niðurstöðum þeirra. Kannski beinir mæling á skautun ljóseind ​​1 í skrefi II framtíðarskautun 4 á einhvern hátt, eða mæling á skautun ljóseind ​​4 í skrefi V endurskrifar einhvern veginn fyrra skautun ljóseind ​​1. Bæði fram og aftur, skammtafylgni breiðist út. að orsakalausu milli dauða einnar ljóseind ​​og fæðingar annarrar.

Hvað þýðir þetta á makró mælikvarða? Vísindamenn, sem ræða hugsanlegar afleiðingar, tala um möguleikann á því að athuganir okkar á stjörnuljósi hafi einhvern veginn ráðið skautun ljóseinda fyrir 9 milljörðum ára.

Nokkrir bandarískir og kanadískir eðlisfræðingar, Matthew S. Leifer frá Chapman háskólanum í Kaliforníu og Matthew F. Pusey frá Perimeter Institute for Theoretical Physics í Ontario, tóku eftir því fyrir nokkrum árum að ef við höldum okkur ekki við þá staðreynd að Einstein. Mælingar sem gerðar eru á ögn geta endurspeglast í fortíð og framtíð, sem verður óviðkomandi við þessar aðstæður. Eftir að hafa endursett nokkrar grunnforsendur, þróuðu vísindamennirnir líkan sem byggir á setningu Bells, þar sem rúm er umbreytt í tíma. Útreikningar þeirra sýna hvers vegna, að því gefnu að tíminn sé alltaf framundan, rekumst við á mótsagnir.

Samkvæmt Carl Rovelli er skynjun okkar mannsins á tíma órjúfanlega tengd því hvernig varmaorka hegðar sér. Af hverju þekkjum við aðeins fortíðina en ekki framtíðina? Lykillinn, samkvæmt vísindamanninum, einátta flæði varma frá hlýrri hlutum til kaldari. Ísmola sem er hent í heitan kaffibolla kælir kaffið. En ferlið er óafturkræft. Maðurinn, sem eins konar „hitaaflfræðileg vél“, fylgir þessari tímaör og er ófær um að skilja aðra stefnu. „En ef ég fylgist með smásæju ástandi,“ skrifar Rovelli, „hverfur munurinn á fortíð og framtíð... í grunnmálfræði hlutanna er enginn greinarmunur á orsök og afleiðingu.

Tími mældur í skammtabrotum

Eða kannski er hægt að mæla tíma? Ný kenning sem hefur komið fram nýlega bendir til þess að minnsta mögulega tímabil geti ekki farið yfir einn milljónasta úr milljarðasta úr milljarðasta úr sekúndu. Kenningin fylgir hugtaki sem er að minnsta kosti grunneiginleiki úra. Samkvæmt kenningasmiðum geta afleiðingar þessarar röksemdafærslu hjálpað til við að búa til „kenningu um allt“.

Hugmyndin um skammtatíma er ekki ný. Skammtaþyngdarlíkan leggur til að tíminn verði magngreindur og hafi ákveðið tick rate. Þessi tikkhringur er alhliða lágmarkseiningin og engin tímavídd getur verið minni en þetta. Það væri eins og það væri akur við grunn alheimsins sem ákvarðar lágmarkshraða alls í honum og gefur massa til annarra agna. Þegar um er að ræða þessa alhliða klukku, „í stað þess að gefa massa, mun hún gefa tíma,“ útskýrir einn eðlisfræðingur sem stingur upp á að mæla tíma, Martin Bojowald.

Með því að líkja eftir slíkri alhliða klukku sýndu hann og samstarfsmenn hans við Pennsylvania State College í Bandaríkjunum fram á að hún myndi gera gæfumuninn í gervi atómklukkum, sem nota atóm titring til að ná fram nákvæmustu niðurstöðum sem vitað er um. tímamælingar. Samkvæmt þessu líkani var atómklukkan (5) stundum ekki samstillt við alheimsklukkuna. Þetta myndi takmarka nákvæmni tímamælinga við eina atómklukku, sem þýðir að tvær mismunandi atómklukkur gætu endað með því að passa ekki við lengd liðins tíma. Í ljósi þess að bestu atómklukkurnar okkar eru í samræmi við hvert annað og geta mælt tifar niður í 10-19 sekúndur, eða einn tíunda úr milljarði úr milljarði úr sekúndu, getur grunntímaeiningin ekki verið meira en 10-33 sekúndur. Þetta eru niðurstöður greinar um þessa kenningu sem birtist í júní 2020 í tímaritinu Physical Review Letters.

5. Lútetíum-undirstaða atómklukka við National University of Singapore.

Að prófa hvort slík grunneining tíma sé til er umfram núverandi tæknigetu okkar, en virðist samt aðgengilegra en að mæla Planck tíma, sem er 5,4 × 10–44 sekúndur.

Fiðrildaáhrifin virka ekki!

Að fjarlægja tímann úr skammtaheiminum eða magngreina hann getur haft áhugaverðar afleiðingar, en við skulum vera hreinskilin, hið vinsæla ímyndunarafl er knúið áfram af einhverju öðru, nefnilega tímaferðum.

Fyrir um ári síðan sagði Ronald Mallett, eðlisfræðiprófessor við háskólann í Connecticut, við CNN að hann hefði skrifað vísindajöfnu sem hægt væri að nota sem grunn fyrir rauntímavél. Hann smíðaði meira að segja tæki til að sýna lykilatriði kenningarinnar. Hann telur að það sé fræðilega mögulegt að breyta tíma í lykkjusem myndi leyfa tímaferðum til fortíðar. Hann smíðaði meira að segja frumgerð sem sýnir hvernig leysir geta hjálpað til við að ná þessu markmiði. Það skal tekið fram að samstarfsmenn Malletts eru ekki sannfærðir um að tímavél hans muni nokkurn tíma verða að veruleika. Jafnvel Mallett viðurkennir að hugmynd hans sé algjörlega fræðileg á þessum tímapunkti.

Seint á árinu 2019 greindi New Scientist frá því að eðlisfræðingarnir Barak Shoshani og Jacob Hauser frá Perimeter Institute í Kanada lýstu lausn þar sem einstaklingur gæti fræðilega ferðast frá einum fréttaveita í annað, framhjá í gegnum gat í rúm-tíma eða göng, eins og sagt er, "stærðfræðilega mögulegt". Þetta líkan gerir ráð fyrir að það séu mismunandi samhliða alheimar sem við getum ferðast í og ​​hefur alvarlegan galla - tímaferðalög hafa ekki áhrif á eigin tímalínu ferðalanganna. Þannig geturðu haft áhrif á aðrar samfellur, en sú sem við byrjuðum ferðina frá helst óbreytt.

Og þar sem við erum í rúm-tíma continua, þá með hjálp skammtatölva Til að líkja eftir tímaferðum sönnuðu vísindamenn nýlega að það eru engin „fiðrildaáhrif“ á skammtasviðinu, eins og sést í mörgum vísindaskáldsögukvikmyndum og bókum. Í tilraunum á skammtastigi, skemmd, að því er virðist nánast óbreytt, eins og raunveruleikinn grói sjálfan sig. Erindi um efnið birtist í sumar í Psysical Review Letters. „Í skammtatölvu eru engin vandamál, hvorki við að líkja eftir gagnstæðri þróun í tíma, né að líkja eftir ferlinu við að færa ferlið aftur í fortíðina,“ útskýrði Mikolay Sinitsyn, fræðilegur eðlisfræðingur við Los Alamos National Laboratory og samstarfsaðili. höfundur rannsóknarinnar. Vinna. „Við getum í raun séð hvað verður um flókna skammtaheiminn ef við förum aftur í tímann, bætum við skemmdum og förum til baka. Við komumst að því að frumheimurinn okkar hefur lifað af, sem þýðir að það eru engin fiðrildaáhrif í skammtafræðinni.“

Þetta er mikið áfall fyrir okkur en líka góðar fréttir fyrir okkur. Rúm-tíma samfellan viðheldur heilindum og leyfir ekki litlum breytingum að eyðileggja það. Hvers vegna? Þetta er áhugaverð spurning, en aðeins annað efni en tíminn sjálfur.