Laiko paslaptis

Laikas visada buvo problema. Pirma, net iškiliems protams buvo sunku suprasti, kas iš tikrųjų yra laikas. Šiandien, kai mums atrodo, kad kažkiek tai suprantame, daugelis mano, kad be jo, bent jau tradicine prasme, bus patogiau.

"" Parašė Isaacas Newtonas. Jis tikėjo, kad laiką galima iš tikrųjų suprasti tik matematiškai. Jam vienmatis absoliutus laikas ir trimatė Visatos geometrija buvo nepriklausomi ir atskiri objektyvios tikrovės aspektai, ir kiekvienu absoliutaus laiko momentu visi įvykiai Visatoje vyko vienu metu.

Savo specialia reliatyvumo teorija Einšteinas pašalino vienalaikio laiko sąvoką. Pagal jo idėją, vienalaikiškumas nėra absoliutus ryšys tarp įvykių: tai, kas yra vienalaikė vienoje atskaitos sistemoje, nebūtinai bus vienalaikė kitoje.

Einšteino laiko supratimo pavyzdys yra kosminių spindulių miuonas. Tai nestabili subatominė dalelė, kurios vidutinė gyvavimo trukmė yra 2,2 mikrosekundės. Jis susidaro viršutiniuose atmosferos sluoksniuose ir, nors manome, kad jis nukeliaus tik 660 metrų (šviesos greičiu 300 000 km/s), kol suirs, laiko išsiplėtimo efektai leidžia kosminiams miuonams nukeliauti daugiau nei 100 kilometrų iki Žemės paviršiaus. ir toliau. . Žemės atskaitos sistemoje miuonai gyvena ilgiau dėl didelio greičio.

1907 m. buvęs Einšteino mokytojas Hermannas Minkowskis pristatė erdvę ir laiką kaip. Erdvėlaikis elgiasi kaip scena, kurioje dalelės visatoje juda viena kitos atžvilgiu. Tačiau ši erdvėlaikio versija buvo neišsami (taip pat žiūrėkite: ). Tai neapėmė gravitacijos, kol Einšteinas neįvedė bendrosios reliatyvumo teorijos 1916 m. Erdvės laiko audinys yra ištisinis, lygus, išlenktas ir deformuotas dėl materijos ir energijos buvimo (2). Gravitacija yra visatos kreivumas, kurį sukelia masyvūs kūnai ir kitos energijos formos, lemiančios objektų judėjimo kelią. Šis kreivumas yra dinamiškas, juda objektams judant. Kaip sako fizikas Johnas Wheeleris, „erdvės laikas sulaiko masę, nurodydamas jai, kaip judėti, o masė sulaiko erdvėlaikį, nurodydamas, kaip lenktis“.

2. Einšteino erdvėlaikis

Laikas ir kvantinis pasaulis

Bendroji reliatyvumo teorija laiko tėkmę nuolatine ir santykine, o laiko tėkmę laiko universalia ir absoliučia pasirinktoje atkarpoje. 60-aisiais sėkmingas bandymas sujungti anksčiau nesuderinamas idėjas, kvantinę mechaniką ir bendrąją reliatyvumo teoriją atvedė prie Wheeler-DeWitt lygties, žingsnio teorijos link. kvantinė gravitacija. Ši lygtis išsprendė vieną problemą, bet sukūrė kitą. Laikas šioje lygtyje nevaidina jokio vaidmens. Tai sukėlė didelį fizikų ginčą, kurį jie vadina laiko problema.

Carlo Rovelli (3), šiuolaikinis italų fizikas teoretikas šiuo klausimu turi neabejotiną nuomonę. “, – rašė jis knygoje „Laiko paslaptis“.

3. Carlo Rovelli ir jo knyga

Tie, kurie sutinka su Kopenhagos kvantinės mechanikos interpretacija, mano, kad kvantiniai procesai paklūsta Schrödingerio lygčiai, kuri yra simetriška laike ir atsiranda dėl funkcijos bangos žlugimo. Kvantinėje mechaninėje entropijos versijoje, kai entropija keičiasi, teka ne šiluma, o informacija. Kai kurie kvantiniai fizikai teigia radę pirminį laiko strėlės šaltinį. Jie sako, kad energija išsisklaido ir objektai susilygina, nes subatominės dalelės yra surištos sąveikos „kvantinio susipynimo“ forma. Einšteinas kartu su savo kolegomis Podolskiu ir Rosenu laikė tokį elgesį neįmanomu, nes jis prieštarauja vietiniam realistiniam priežasties ir pasekmės požiūriui. Kaip toli viena nuo kitos esančios dalelės gali iš karto sąveikauti viena su kita, klausė jie.

1964 metais jis sukūrė eksperimentinį testą, kuris paneigė Einšteino teiginius apie vadinamuosius paslėptus kintamuosius. Todėl plačiai manoma, kad informacija iš tikrųjų keliauja tarp įsipainiojusių dalelių, galbūt greičiau, nei gali keliauti šviesa. Kiek mes žinome, laikas neegzistuoja susipynusios dalelės (4).

Hebrajų universiteto fizikų komanda, vadovaujama Eli Megidish Jeruzalėje, 2013 metais pranešė, kad jiems pavyko supainioti fotonus, kurie laiku neegzistavo. Pirma, pirmajame etape jie sukūrė įsipainiojusią fotonų porą, 1-2. Netrukus po to jie išmatavo 1 fotono poliarizaciją (savybę, apibūdinančią šviesos svyravimo kryptį) ir taip jį „nužudė“ (II etapas). Fotonas 2 buvo išsiųstas į kelionę ir susidarė nauja susipynusi pora 3-4 (III žingsnis). Tada fotonas 3 buvo išmatuotas kartu su keliaujančiu fotonu 2 taip, kad įsipainiojimo koeficientas „pasikeitė“ iš senų porų (1-2 ir 3-4) į naują kombinuotą 2-3 (IV žingsnis). Po kiek laiko (V stadija) išmatuojamas vienintelio išlikusio fotono 4 poliškumas, o rezultatai lyginami su seniai mirusio fotono 1 poliarizacija (grįžta į II stadiją). Rezultatas? Duomenys atskleidė kvantines koreliacijas tarp 1 ir 4 fotonų, kurie buvo „laikinai nelokalūs“. Tai reiškia, kad įsipainiojimas gali atsirasti dviejose kvantinėse sistemose, kurios niekada neegzistavo laiku.

Megidishas ir jo kolegos negali nespėlioti apie galimas jų rezultatų interpretacijas. Galbūt 1 fotono poliarizacijos matavimas II žingsnyje kažkaip nukreipia būsimą 4 poliarizaciją arba 4 fotono poliarizacijos matavimas V žingsnyje kažkaip perrašo ankstesnę fotono 1 poliarizacijos būseną. Ir pirmyn, ir atgal, kvantinės koreliacijos plinta į priežastinę tuštumą tarp vieno fotono mirties ir kito gimimo.

Ką tai gali reikšti makro mastu? Mokslininkai, diskutuojantys apie galimas pasekmes, iškelia galimybę, kad mūsų stebėjimai žvaigždžių šviesoje kažkaip padiktavo fotonų poliarizaciją prieš 9 milijardus metų.

Pora amerikiečių ir kanadiečių fizikų Matthew S. Leifer iš Chapman universiteto Kalifornijoje ir Matthew F. Pusey iš Perimetro teorinės fizikos instituto Ontarijo valstijoje prieš keletą metų pastebėjo, kad jei neprisirišime prie to, kad Einšteinas. Dalelės matavimai gali atsispindėti praeityje ir ateityje, o tai šioje situacijoje tampa nereikšminga. Performuluodami kai kurias pagrindines prielaidas, mokslininkai sukūrė modelį, pagrįstą Bello teorema, pagal kurią erdvė paverčiama laiku. Jų skaičiavimai rodo, kodėl, darant prielaidą, kad laikas visada yra į priekį, suklumpame už prieštaravimų.

Pasak Carlo Rovelli, mūsų žmogaus laiko suvokimas yra neatsiejamai susijęs su šilumos energijos elgesiu. Kodėl mes žinome tik praeitį, o ne ateitį? Raktas, kaip siūlo mokslininkas, vienakryptis šilumos srautas iš šiltesnių objektų į vėsesnius. Ledo kubelis, įmestas į karštą kavos puodelį, atvėsina kavą. Tačiau procesas yra negrįžtamas. Žmogus, kaip kažkokia „termodinaminė mašina“, seka šia laiko strėle ir nesugeba suprasti jokios kitos krypties. „Bet jei aš stebiu mikroskopinę būseną, – rašo Rovelli, – skirtumas tarp praeities ir ateities išnyksta... elementarioje dalykų gramatikoje nėra skirtumo tarp priežasties ir pasekmės.

Laikas matuojamas kvantinėmis dalimis

O gal laiką galima kiekybiškai įvertinti? Neseniai pasirodžiusi nauja teorija teigia, kad mažiausias įsivaizduojamas laiko intervalas negali viršyti vienos milijardosios milijardosios sekundės dalies. Teorija remiasi koncepcija, kuri yra bent jau pagrindinė laikrodžio savybė. Pasak teoretikų, šio samprotavimo pasekmės gali padėti sukurti „visko teoriją“.

Kvantinio laiko samprata nėra nauja. Kvantinės gravitacijos modelis siūlo, kad laikas turėtų būti kiekybiškai išmatuotas ir turėti tam tikrą tiksėjimo greitį. Šis tiksėjimo ciklas yra universalus minimalus vienetas, ir joks laiko matmuo negali būti mažesnis už šį. Tarsi Visatos pagrinde būtų laukas, nulemsiantis visko, kas joje, minimalų greitį, suteikdamas masę kitoms dalelėms. Šio universalaus laikrodžio atveju „užuot davęs masę, jis duos laiko“, – aiškina vienas fizikas, siūlantis kvantuoti laiką, Martinas Boyowaldas.

Imituodamas tokį universalų laikrodį, jis ir jo kolegos iš Pensilvanijos valstijos koledžo JAV parodė, kad tai turės įtakos dirbtiniams atominiams laikrodžiams, kurie naudoja atomines vibracijas, kad gautų tiksliausius žinomus rezultatus. laiko matavimai. Pagal šį modelį atominių laikrodžių (5) dažnis kartais buvo nesinchronizuotas su universalaus laikrodžio greičiu. Tai apribotų laiko matavimo tikslumą tik atominiu laikrodžiu, o tai reiškia, kad du skirtingi atominiai laikrodžiai gali nesutapti pagal praėjusio laikotarpio trukmę. Atsižvelgiant į tai, kad mūsų geriausi atominiai laikrodžiai yra suderinami vienas su kitu ir gali išmatuoti iki 10–19 sekundžių arba dešimtosios milijardosios milijardosios sekundės dalies, pagrindinis laiko vienetas negali būti didesnis nei 10–33 sekundės. . Tokios išvados pateikiamos 2020 m. birželio mėn. žurnale „Physical Review Letters“ paskelbtame dokumente apie šią teoriją.

5. Singapūro nacionalinio universiteto atominis laikrodis liutecio pagrindu.

Išbandyti, ar toks pagrindinis laiko vienetas egzistuoja, mūsų dabartinės technologinės galimybės viršija, tačiau vis tiek atrodo lengviau nei išmatuoti Plancko laiką, kuris yra 5,4 × 10–44 sekundės.

Drugelio efektas neveikia!

Laiko pašalinimas iš kvantinio pasaulio arba jo kvantavimas gali turėti įdomių pasekmių, bet būkime atviri, populiarią vaizduotę skatina kažkas kita, būtent kelionės laiku.

Maždaug prieš metus Konektikuto universiteto fizikos profesorius Ronaldas Mallettas sakė CNN parašęs mokslinę lygtį, kuri galėtų būti naudojama kaip pagrindas. realaus laiko mašina. Jis netgi sukūrė prietaisą pagrindiniam teorijos elementui iliustruoti. Jis mano, kad teoriškai tai įmanoma paverčiant laiką kilpakuri leistų keliauti laiku į praeitį. Jis netgi sukūrė prototipą, rodantį, kaip lazeriai gali padėti pasiekti šį tikslą. Reikia pažymėti, kad Mallett kolegos nėra tikri, kad jo laiko mašina kada nors išsipildys. Net Mallettas pripažįsta, kad šiuo metu jo idėja yra visiškai teorinė.

2019 m. pabaigoje New Scientist pranešė, kad fizikai Barakas Shoshani ir Jacobas Hauseris iš Perimetro instituto Kanadoje aprašė sprendimą, pagal kurį žmogus teoriškai galėtų keliauti iš naujienų srautas prie antrojo, praeina per skylę laiko-erdvės arba tunelis, kaip sakoma, „matematiškai įmanoma“. Šis modelis daro prielaidą, kad egzistuoja įvairios paralelinės visatos, kuriose galime keliauti, ir turi rimtą trūkumą – kelionės laiku neturi įtakos pačių keliautojų laiko juostai. Taigi jūs galite daryti įtaką kitiems kontinuumams, tačiau tas, nuo kurio pradėjome kelionę, išlieka tas pats.

Ir kadangi mes esame erdvės-laiko kontinuume, tada su pagalba kvantinis kompiuteris Norėdami imituoti keliones laiku, mokslininkai neseniai įrodė, kad kvantinėje srityje nėra „drugelio efekto“, kuris matomas daugelyje mokslinės fantastikos filmų ir knygų. Atliekant eksperimentus kvantiniu lygmeniu, pažeista, iš pažiūros beveik nepakitusi, tarsi tikrovė gydytųsi pati. Straipsnis šia tema pasirodė šią vasarą žurnale „Psychological Review Letters“. „Kvantiniame kompiuteryje nėra problemų nei imituoti priešingą evoliuciją laike, nei imituoti proceso perkėlimo atgal į praeitį procesą“, – aiškino Los Alamos nacionalinės laboratorijos teorinis fizikas ir tyrimo bendraautoris Mikolai Sinitsyn. . Darbas. „Iš tikrųjų galime pamatyti, kas atsitiks sudėtingam kvantiniam pasauliui, jei grįšime laiku atgal, padarysime šiek tiek žalos ir grįšime atgal. Pastebime, kad mūsų primityvus pasaulis išliko, o tai reiškia, kad kvantinėje mechanikoje nėra drugelio efekto.

Tai mums didelis smūgis, bet galbūt gera žinia mums. Erdvės ir laiko kontinuumas išlaiko savo vientisumą, neleidžiant mažiems pokyčiams jo sunaikinti. Kodėl? Tai įdomus klausimas, bet šiek tiek kitokia tema nei pats laikas.