Zagonetka vremena
Vrijeme je uvijek bilo problem. Prvo, čak je i najbriljantnijim umovima bilo teško shvatiti što je zapravo vrijeme. Danas, kada nam se čini da to donekle razumijemo, mnogi vjeruju da će bez toga, barem u tradicionalnom smislu, biti ugodnije.
"" Napisao Isaac Newton. Vjerovao je da se vrijeme može istinski razumjeti samo matematički. Za njega su jednodimenzionalno apsolutno vrijeme i trodimenzionalna geometrija Svemira neovisni i odvojeni aspekti objektivne stvarnosti, au svakom trenutku apsolutnog vremena svi događaji u Svemiru odvijali su se istovremeno.
Svojom posebnom teorijom relativnosti Einstein je uklonio koncept simultanog vremena. Prema njegovoj zamisli, simultanost nije apsolutni odnos između događaja: ono što je istovremeno u jednom referentnom okviru neće nužno biti istovremeno i u drugom.
Primjer Einsteinovog razumijevanja vremena je mion iz kozmičkih zraka. To je nestabilna subatomska čestica s prosječnim životnim vijekom od 2,2 mikrosekunde. Nastaje u gornjoj atmosferi, i iako očekujemo da prijeđe samo 660 metara (brzinom svjetlosti 300 000 km/s) prije nego što se raspadne, učinci dilatacije vremena omogućuju kozmičkim mionima da putuju preko 100 kilometara do površine Zemlje. i dalje. . U referentnom okviru sa Zemljom mioni žive duže zbog svoje velike brzine.
Godine 1907. Einsteinov bivši učitelj Hermann Minkowski predstavio je prostor i vrijeme kao. Prostorvrijeme se ponaša kao scena u kojoj se čestice kreću u svemiru relativno jedna prema drugoj. Međutim, ova verzija prostorvremena bila je nepotpuna (vidi također: ). Nije uključivala gravitaciju sve dok Einstein nije uveo opću teoriju relativnosti 1916. Tkanina prostor-vremena je kontinuirana, glatka, iskrivljena i deformirana prisutnošću materije i energije (2). Gravitacija je zakrivljenost svemira, uzrokovana masivnim tijelima i drugim oblicima energije, koja određuje putanju kojom idu objekti. Ova zakrivljenost je dinamična, kreće se kao što se objekti kreću. Kao što kaže fizičar John Wheeler, "prostorvrijeme preuzima masu govoreći mu kako da se kreće, a masa preuzima prostorvrijeme govoreći mu kako da zakrivljuje."
2. Einsteinov prostor-vrijeme
Vrijeme i kvantni svijet
Opća teorija relativnosti smatra da je tijek vremena kontinuiran i relativan, a da je tijek vremena univerzalan i apsolutan u odabranom presjeku. U 60-ima, uspješan pokušaj kombiniranja prethodno nekompatibilnih ideja, kvantne mehanike i opće relativnosti doveo je do onoga što je poznato kao Wheeler-DeWittova jednadžba, korak prema teoriji kvantna gravitacija. Ova je jednadžba riješila jedan problem, ali je stvorila drugi. Vrijeme ne igra nikakvu ulogu u ovoj jednadžbi. To je dovelo do velike polemike među fizičarima, koju oni nazivaju problemom vremena.
Carlo Rovelli (3), suvremeni talijanski teorijski fizičar ima jasno mišljenje o ovom pitanju. “, napisao je u knjizi “Tajna vremena”.
3. Carlo Rovelli i njegova knjiga
Oni koji se slažu s kopenhaškim tumačenjem kvantne mehanike vjeruju da se kvantni procesi pokoravaju Schrödingerovoj jednadžbi, koja je simetrična u vremenu i proizlazi iz valnog kolapsa funkcije. U kvantnomehaničkoj verziji entropije, kada se entropija mijenja, ne teče toplina, već informacija. Neki kvantni fizičari tvrde da su pronašli porijeklo strelice vremena. Kažu da se energija raspršuje i objekti poravnavaju jer se elementarne čestice vežu zajedno dok međusobno djeluju u obliku "kvantne isprepletenosti". Einstein, zajedno sa svojim kolegama Podolskyjem i Rosenom, smatrao je da je ovakvo ponašanje nemoguće jer je proturječilo lokalnom realističkom gledištu o uzročnosti. Pitali su kako čestice koje se nalaze daleko jedna od druge mogu istovremeno djelovati jedna na drugu.
Godine 1964. razvio je eksperimentalni test koji je opovrgao Einsteinove tvrdnje o takozvanim skrivenim varijablama. Stoga je široko rasprostranjeno mišljenje da informacija putuje između isprepletenih čestica, potencijalno brže nego što može putovati svjetlost. Koliko znamo, vrijeme ne postoji za zapletene čestice (4).
Grupa fizičara na Hebrejskom sveučilištu pod vodstvom Eli Megidisha u Jeruzalemu izvijestila je 2013. da su uspjeli zapetljati fotone koji nisu koegzistirali u vremenu. Prvo, u prvom koraku, stvorili su isprepleteni par fotona, 1-2. Ubrzo nakon toga, izmjerili su polarizaciju fotona 1 (svojstvo koje opisuje smjer u kojem svjetlost oscilira) - čime su ga "ubili" (faza II). Foton 2 je poslan na putovanje, a formiran je novi zapleteni par 3-4 (korak III). Foton 3 je tada izmjeren zajedno s putujućim fotonom 2 na takav način da se koeficijent isprepletenosti "promijenio" sa starih parova (1-2 i 3-4) na novi kombinirani 2-3 (korak IV). Nešto kasnije (faza V) mjeri se polaritet jedinog preživjelog fotona 4 i rezultati se uspoređuju s polarizacijom davno mrtvog fotona 1 (natrag u fazi II). Proizlaziti? Podaci su otkrili prisutnost kvantnih korelacija između fotona 1 i 4, "vremenski ne-lokalnih". To znači da se ispreplitanje može dogoditi u dva kvantna sustava koji nikada nisu koegzistirali u vremenu.
Megiddish i njegovi kolege ne mogu a da ne nagađaju o mogućim tumačenjima svojih rezultata. Možda mjerenje polarizacije fotona 1 u koraku II nekako usmjerava buduću polarizaciju 4, ili mjerenje polarizacije fotona 4 u koraku V nekako prepisuje prethodno stanje polarizacije fotona 1. I naprijed i natrag, kvantne korelacije se šire uzročnoj praznini između smrti jednog fotona i rođenja drugog.
Što to znači na makro razini? Znanstvenici, raspravljajući o mogućim implikacijama, govore o mogućnosti da su naša promatranja svjetlosti zvijezda na neki način diktirala polarizaciju fotona prije 9 milijardi godina.
Dvojica američkih i kanadskih fizičara, Matthew S. Leifer sa Sveučilišta Chapman u Kaliforniji i Matthew F. Pusey s Instituta za teorijsku fiziku Perimeter u Ontariju, uočili su prije nekoliko godina da ako se ne držimo činjenice da Einstein. Mjerenja obavljena na čestici mogu se odražavati u prošlosti i budućnosti, što u ovoj situaciji postaje irelevantno. Nakon preoblikovanja nekih osnovnih pretpostavki, znanstvenici su razvili model temeljen na Bellovom teoremu u kojem se prostor pretvara u vrijeme. Njihovi izračuni pokazuju zašto se, pod pretpostavkom da je vrijeme uvijek ispred nas, spotičemo o proturječnosti.
Prema Carlu Rovelliju, naša ljudska percepcija vremena neraskidivo je povezana s ponašanjem toplinske energije. Zašto znamo samo prošlost, a ne i budućnost? Ključ je, prema znanstveniku, jednosmjerno strujanje topline od toplijih objekata prema hladnijim. Kockica leda bačena u vruću šalicu kave hladi kavu. Ali proces je nepovratan. Čovjek, kao neka vrsta "termodinamičkog stroja", slijedi ovu strelu vremena i nije u stanju shvatiti drugi smjer. "Ali ako promatram mikroskopsko stanje", piše Rovelli, "razlika između prošlosti i budućnosti nestaje... u elementarnoj gramatici stvari ne postoji razlika između uzroka i posljedice."
Vrijeme mjereno u kvantnim frakcijama
Ili se možda vrijeme može kvantizirati? Nova teorija koja se nedavno pojavila sugerira da najmanji zamislivi vremenski interval ne može premašiti milijunti dio milijarde milijarditog dijela sekunde. Teorija slijedi koncept koji je barem osnovno svojstvo sata. Prema teoretičarima, posljedice ovakvog razmišljanja mogu pomoći u stvaranju "teorije svega".
Koncept kvantnog vremena nije nov. Model kvantne gravitacije predlaže da se vrijeme kvantizira i da ima određenu brzinu. Ovaj ciklus otkucavanja je univerzalna minimalna jedinica i nijedna vremenska dimenzija ne može biti manja od ove. To bi bilo kao da u temelju svemira postoji polje koje određuje minimalnu brzinu kretanja svega u njemu, dajući masu drugim česticama. U slučaju ovog univerzalnog sata, "umjesto da daje masu, dat će vrijeme", objašnjava jedan fizičar koji predlaže kvantizaciju vremena, Martin Bojowald.
Modeliranjem takvog univerzalnog sata, on i kolege s Pennsylvania State Collegea u Sjedinjenim Državama pokazali su da bi to moglo utjecati na umjetne atomske satove, koji koriste atomske vibracije za proizvodnju najtočnijih poznatih rezultata. mjerenja vremena. Prema tom modelu, atomski sat (5) ponekad se nije sinkronizirao s univerzalnim satom. To bi ograničilo točnost mjerenja vremena na jedan atomski sat, što znači da bi dva različita atomska sata mogla na kraju ne odgovarati duljini proteklog razdoblja. S obzirom da su naši najbolji atomski satovi međusobno usklađeni i mogu mjeriti otkucaje do 10-19 sekundi, ili jedne desetinke milijarditog dijela milijarditog dijela sekunde, osnovna jedinica vremena ne može biti veća od 10-33 sekunde. Ovo su zaključci članka o ovoj teoriji koji se pojavio u lipnju 2020. u časopisu Physical Review Letters.
5. Atomski sat na bazi lutecija na Nacionalnom sveučilištu u Singapuru.
Ispitivanje postoji li takva osnovna jedinica vremena izvan je naših trenutnih tehnoloških mogućnosti, ali se još uvijek čini pristupačnijim od mjerenja Planckovog vremena, koje iznosi 5,4 × 10–44 sekunde.
Efekt leptira ne radi!
Uklanjanje vremena iz kvantnog svijeta ili njegovo kvantiziranje može imati zanimljive posljedice, ali budimo iskreni, popularnu maštu pokreće nešto drugo, naime putovanje kroz vrijeme.
Prije otprilike godinu dana, profesor fizike na Sveučilištu Connecticut Ronald Mallett rekao je za CNN da je napisao znanstvenu jednadžbu koja bi se mogla koristiti kao osnova za pravi vremenski stroj. Čak je napravio i uređaj za ilustraciju ključnog elementa teorije. On smatra da je to teoretski moguće pretvarajući vrijeme u petljušto bi omogućilo putovanje kroz vrijeme u prošlost. Čak je napravio i prototip koji pokazuje kako laseri mogu pomoći u postizanju ovog cilja. Valja napomenuti da Mallettovi kolege nisu uvjereni da će se njegov vremeplov ikada materijalizirati. Čak i Mallett priznaje da je njegova ideja u ovom trenutku potpuno teoretska.
Krajem 2019., New Scientist je izvijestio da su fizičari Barak Shoshani i Jacob Hauser s Instituta Perimeter u Kanadi opisali rješenje u kojem bi osoba teoretski mogla putovati s jedne vijesti do drugog, prolaznog kroz rupu u prostor-vrijeme ili tunel, kako kažu, "matematički moguć". Ovaj model pretpostavlja da postoje različiti paralelni svemiri u kojima možemo putovati i ima ozbiljan nedostatak - putovanje kroz vrijeme ne utječe na vremensku liniju putnika. Na taj način možete utjecati na druge kontinuume, ali onaj iz kojeg smo krenuli ostaje nepromijenjen.
A budući da smo u prostorno-vremenskim kontinuumima, onda uz pomoć kvantno računalo Kako bi simulirali putovanje kroz vrijeme, znanstvenici su nedavno dokazali da kvantno područje nema "efekt leptira" kakav se vidi u mnogim znanstveno-fantastičnim filmovima i knjigama. U eksperimentima na kvantnoj razini, oštećen, naizgled gotovo nepromijenjen, kao da se stvarnost sama liječi. Članak o toj temi pojavio se ovog ljeta u Psysical Review Letters. "Na kvantnom računalu nema problema niti sa simulacijom suprotne evolucije u vremenu, niti sa simulacijom procesa pomicanja procesa natrag u prošlost", objasnio je Mikolay Sinitsyn, teorijski fizičar u Nacionalnom laboratoriju Los Alamos i suradnik autorica studije. Raditi. “Stvarno možemo vidjeti što se događa sa složenim kvantnim svijetom ako se vratimo u prošlost, dodamo malo štete i vratimo se. Otkrili smo da je naš praiskonski svijet preživio, što znači da u kvantnoj mehanici nema efekta leptira.”
Ovo je veliki udarac za nas, ali i dobra vijest za nas. Prostorno-vremenski kontinuum održava cjelovitost, ne dopuštajući malim promjenama da ga unište. Zašto? Ovo je zanimljivo pitanje, ali nešto drugačija tema od samog vremena.
