Hádanka času
Čas bol vždy problém. Po prvé, aj pre tie najbrilantnejšie mysle bolo ťažké pochopiť, čo vlastne čas bol. Dnes, keď sa nám zdá, že tomu do istej miery rozumieme, mnohí veria, že bez toho, aspoň v tradičnom zmysle, to bude pohodlnejšie.
"" Napísal Isaac Newton. Veril, že čas možno skutočne pochopiť iba matematicky. Jednorozmerný absolútny čas a trojrozmerná geometria Vesmíru boli pre neho nezávislými a oddelenými aspektmi objektívnej reality a v každom momente absolútneho času sa všetky udalosti vo Vesmíre odohrávali súčasne.
Einstein svojou špeciálnou teóriou relativity odstránil koncept simultánneho času. Podľa jeho myšlienky simultánnosť nie je absolútnym vzťahom medzi udalosťami: čo je súčasne v jednom referenčnom rámci, nemusí byť súčasne v inom.
Príkladom Einsteinovho chápania času je mión z kozmického žiarenia. Je to nestabilná subatomárna častica s priemernou životnosťou 2,2 mikrosekúnd. Vzniká v hornej atmosfére a hoci očakávame, že pred rozpadom prejde iba 660 metrov (pri rýchlosti svetla 300 000 km/s), efekty dilatácie času umožňujú kozmickým miónom preletieť až 100 kilometrov k zemskému povrchu. a ďalej. . V referenčnom rámci so Zemou žijú mióny dlhšie kvôli svojej vysokej rýchlosti.
V roku 1907 zaviedol Einsteinov bývalý učiteľ Hermann Minkowski priestor a čas ako. Priestoročas sa správa ako scéna, v ktorej sa častice pohybujú vo vesmíre voči sebe navzájom. Táto verzia časopriestoru však bola neúplná (pozri tiež: ). Nezahŕňala gravitáciu, kým Einstein v roku 1916 nezaviedol všeobecnú teóriu relativity. Tkanina časopriestoru je súvislá, hladká, pokrivená a deformovaná prítomnosťou hmoty a energie (2). Gravitácia je zakrivenie vesmíru spôsobené masívnymi telesami a inými formami energie, ktoré určuje cestu, ktorou sa objekty uberajú. Toto zakrivenie je dynamické, pohybuje sa pri pohybe objektov. Ako hovorí fyzik John Wheeler: "Priestorový čas preberá hmotu tým, že jej hovorí, ako sa má pohybovať, a hmota preberá časopriestor tým, že jej hovorí, ako sa má zakrivovať."
2. Einsteinov časopriestor
Čas a kvantový svet
Všeobecná teória relativity považuje plynutie času za spojité a relatívne a plynutie času považuje za univerzálne a absolútne vo vybranom reze. V šesťdesiatych rokoch minulého storočia viedol úspešný pokus spojiť predtým nezlučiteľné myšlienky, kvantovú mechaniku a všeobecnú teóriu relativity k tomu, čo je známe ako Wheeler-DeWittova rovnica, krok smerom k teórii kvantová gravitácia. Táto rovnica vyriešila jeden problém, no vytvorila ďalší. Čas v tejto rovnici nehrá žiadnu rolu. To viedlo k veľkej polemike medzi fyzikmi, ktorú nazývajú problémom času.
Carlo Rovelli (3), moderný taliansky teoretický fyzik má na túto vec jednoznačný názor. “, napísal v knihe „Tajomstvo času“.
3. Carlo Rovelli a jeho kniha
Tí, ktorí súhlasia s kodanskou interpretáciou kvantovej mechaniky, veria, že kvantové procesy sa riadia Schrödingerovou rovnicou, ktorá je symetrická v čase a vzniká vlnovým kolapsom funkcie. V kvantovej mechanickej verzii entropie, keď sa entropia mení, netečie teplo, ale informácia. Niektorí kvantoví fyzici tvrdia, že našli pôvod šípky času. Hovorí sa, že energia sa rozptýli a objekty sa zarovnajú, pretože elementárne častice sa spájajú, keď interagujú vo forme „kvantového zapletenia“. Einstein spolu so svojimi kolegami Podolským a Rosenom považovali toto správanie za nemožné, pretože odporovalo miestnemu realistickému pohľadu na príčinnú súvislosť. Ako môžu častice umiestnené ďaleko od seba naraz interagovať, pýtali sa.
V roku 1964 vyvinul experimentálny test, ktorý vyvrátil Einsteinove tvrdenia o takzvaných skrytých premenných. Preto sa všeobecne verí, že informácie sa pohybujú medzi zapletenými časticami, potenciálne rýchlejšie, ako sa môže pohybovať svetlo. Pokiaľ vieme, čas neexistuje pre zapletené častice (4).
Skupina fyzikov na Hebrejskej univerzite pod vedením Eliho Megidisha v Jeruzaleme v roku 2013 informovala, že sa im podarilo zamotať fotóny, ktoré v čase neexistovali vedľa seba. Najprv v prvom kroku vytvorili zapletený pár fotónov, 1-2. Krátko nato zmerali polarizáciu fotónu 1 (vlastnosť, ktorá popisuje smer, ktorým svetlo osciluje) – čím ho „zabili“ (II. etapa). Fotón 2 bol poslaný na cestu a vytvoril sa nový zapletený pár 3-4 (krok III). Fotón 3 sa potom zmeral spolu s putujúcim fotónom 2 takým spôsobom, že koeficient zapletenia sa "zmenil" zo starých párov (1-2 a 3-4) na nový kombinovaný 2-3 (krok IV). O nejaký čas neskôr (štádium V) sa zmeria polarita jediného prežívajúceho fotónu 4 a výsledky sa porovnajú s polarizáciou dávno mŕtveho fotónu 1 (späť v štádiu II). výsledok? Údaje odhalili prítomnosť kvantových korelácií medzi fotónmi 1 a 4, „dočasne nelokálne“. To znamená, že k zapleteniu môže dôjsť v dvoch kvantových systémoch, ktoré nikdy v čase koexistovali.
Megidish a jeho kolegovia sa neubránia špekuláciám o možných interpretáciách ich výsledkov. Možno, že meranie polarizácie fotónu 1 v kroku II nejako nasmeruje budúcu polarizáciu 4, alebo meranie polarizácie fotónu 4 v kroku V nejakým spôsobom prepíše predchádzajúci polarizačný stav fotónu 1. V smere dopredu aj dozadu kvantum korelácie sa šíria do kauzálnej prázdnoty medzi smrťou jedného fotónu a narodením druhého.
Čo to znamená na makroúrovni? Vedci, ktorí diskutujú o možných dôsledkoch, hovoria o možnosti, že naše pozorovania hviezdneho svetla nejakým spôsobom diktovali polarizáciu fotónov pred 9 miliardami rokov.
Dvojica amerických a kanadských fyzikov Matthew S. Leifer z Chapman University v Kalifornii a Matthew F. Pusey z Perimeter Institute for Theoretical Physics v Ontáriu si pred pár rokmi všimla, že ak sa nebudeme držať toho, že Einstein. Merania vykonané na častici sa môžu odraziť v minulosti a budúcnosti, čo sa v tejto situácii stáva irelevantným. Po preformulovaní niektorých základných predpokladov vedci vyvinuli model založený na Bellovej vete, v ktorej sa priestor premieňa na čas. Ich výpočty ukazujú, prečo, za predpokladu, že čas je vždy vpredu, narážame na rozpory.
Podľa Carla Rovelliho je naše ľudské vnímanie času neoddeliteľne spojené s tým, ako sa správa tepelná energia. Prečo poznáme len minulosť a nie budúcnosť? Kľúčom je podľa vedca jednosmerný tok tepla z teplejších predmetov na chladnejšie. Kocka ľadu vhodená do horúcej kávy kávu ochladí. Ale proces je nezvratný. Človek ako akýsi „termodynamický stroj“ sleduje túto šípku času a nedokáže pochopiť iný smer. "Ale ak pozorujem mikroskopický stav," píše Rovelli, "rozdiel medzi minulosťou a budúcnosťou zmizne... v základnej gramatike vecí nie je rozdiel medzi príčinou a následkom."
Čas meraný v kvantových zlomkoch
Alebo možno čas možno kvantifikovať? Nedávno sa objavujúca nová teória naznačuje, že najmenší možný časový interval nemôže presiahnuť jednu milióntinu miliardtiny miliardtiny sekundy. Teória sleduje koncept, ktorý je aspoň základnou vlastnosťou hodiniek. Dôsledky tejto úvahy môžu podľa teoretikov prispieť k vytvoreniu „teórie všetkého“.
Koncept kvantového času nie je nový. Model kvantovej gravitácie navrhuje, aby bol čas kvantifikovaný a mal určitú mieru tikania. Tento cyklus tikania je univerzálnou minimálnou jednotkou a žiadna časová dimenzia nemôže byť menšia ako táto. Bolo by to, ako keby v základoch vesmíru bolo pole, ktoré určuje minimálnu rýchlosť pohybu všetkého v ňom, čím dáva hmotnosť iným časticiam. V prípade týchto univerzálnych hodín „namiesto toho, aby dávali hmotnosť, dávajú čas,“ vysvetľuje jeden fyzik, ktorý navrhuje čas kvantovať, Martin Bojowald.
Modelovaním takýchto univerzálnych hodín on a jeho kolegovia z Pennsylvania State College v Spojených štátoch ukázali, že by to znamenalo rozdiel v umelých atómových hodinách, ktoré využívajú atómové vibrácie na dosiahnutie najpresnejších známych výsledkov. merania času. Podľa tohto modelu sa niekedy atómové hodiny (5) nesynchronizovali s univerzálnymi hodinami. To by obmedzilo presnosť merania času na jediné atómové hodiny, čo znamená, že dve rôzne atómové hodiny by nemuseli zodpovedať dĺžke uplynutého obdobia. Vzhľadom na to, že naše najlepšie atómové hodiny sú navzájom konzistentné a dokážu merať tikot na 10-19 sekúnd alebo jednu desatinu miliardtiny miliardtiny sekundy, základná jednotka času nemôže byť väčšia ako 10-33 sekúnd. Toto sú závery článku o tejto teórii, ktorý vyšiel v júni 2020 v časopise Physical Review Letters.
5. Atómové hodiny na báze lutécia na Národnej univerzite v Singapure.
Testovanie, či takáto základná jednotka času existuje, presahuje naše súčasné technologické možnosti, ale stále sa zdá byť dostupnejšie ako meranie Planckovho času, ktorý je 5,4 × 10–44 sekúnd.
Motýlí efekt nefunguje!
Odstránenie času z kvantového sveta alebo jeho kvantovanie môže mať zaujímavé dôsledky, no povedzme si úprimne, populárnu predstavivosť poháňa niečo iné, a to cestovanie v čase.
Asi pred rokom profesor fyziky z University of Connecticut Ronald Mallett pre CNN povedal, že napísal vedeckú rovnicu, ktorá by sa dala použiť ako základ pre stroj reálneho času. Dokonca zostrojil zariadenie na ilustráciu kľúčového prvku teórie. Verí, že je to teoreticky možné premeniť čas na slučkučo by umožnilo cestovanie v čase do minulosti. Dokonca postavil prototyp, ktorý ukazuje, ako môžu lasery pomôcť dosiahnuť tento cieľ. Treba podotknúť, že Mallettovi kolegovia nie sú presvedčení, že sa jeho stroj času niekedy zhmotní. Dokonca aj Mallett pripúšťa, že jeho myšlienka je v tomto bode čisto teoretická.
Koncom roka 2019 New Scientist oznámil, že fyzici Barak Shoshani a Jacob Hauser z Perimeter Institute v Kanade opísali riešenie, v ktorom by človek teoreticky mohol cestovať z jedného miesta. spravodajský kanál do druhého, prechádzajúceho cez dieru časopriestor alebo tunel, ako sa hovorí, „matematicky možný“. Tento model predpokladá, že existujú rôzne paralelné vesmíry, v ktorých môžeme cestovať, a má vážnu nevýhodu – cestovanie v čase neovplyvňuje vlastnú časovú os cestujúcich. Týmto spôsobom môžete ovplyvniť ďalšie kontinua, ale to, z ktorého sme cestu začali, zostáva nezmenené.
A keďže sme v časopriestorovom kontinuu, tak pomocou o kvantový počítač Na simuláciu cestovania v čase vedci nedávno dokázali, že v kvantovej sfére neexistuje žiadny „motýľový efekt“, ako je vidieť v mnohých sci-fi filmoch a knihách. V experimentoch na kvantovej úrovni poškodená, zdanlivo takmer nezmenená, ako keby sa realita liečila sama. Článok na túto tému sa objavil toto leto v Psysical Review Letters. „Na kvantovom počítači nie sú problémy ani so simuláciou opačného vývoja v čase, ani so simuláciou procesu presúvania procesu späť do minulosti,“ vysvetlil Mikolay Sinitsyn, teoretický fyzik z Národného laboratória v Los Alamos. autor štúdie. Práca. „Skutočne vidíme, čo sa stane s komplexným kvantovým svetom, ak sa vrátime v čase, pridáme nejaké škody a vrátime sa späť. Zistili sme, že náš prvotný svet prežil, čo znamená, že v kvantovej mechanike neexistuje žiadny motýlí efekt.“
Je to pre nás veľká rana, ale možno aj dobrá správa pre nás. Časopriestorové kontinuum si zachováva integritu a nedovoľuje, aby ho malé zmeny zničili. prečo? To je zaujímavá otázka, ale trochu iná téma ako samotný čas.
