Zagonetka vremena
Vrijeme je uvijek bilo problem. Prvo, bilo je teško čak i najbriljantnijim umovima da shvate šta je zaista vreme. 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 Univerzuma bili nezavisni i odvojeni aspekti objektivne stvarnosti, a u svakom trenutku apsolutnog vremena svi događaji u Univerzumu su se odvijali istovremeno.
Svojom specijalnom teorijom relativnosti, Ajnštajn je uklonio koncept istovremenog vremena. Prema njegovoj ideji, istovremenost nije apsolutni odnos između događaja: ono što je istovremeno u jednom referentnom okviru neće nužno biti istovremeno i u drugom.
Primjer Ajnštajnovog razumijevanja vremena je mion iz kosmičkih zraka. To je nestabilna subatomska čestica sa prosječnim životnim vijekom od 2,2 mikrosekunde. Formira se u gornjim slojevima atmosfere, i iako očekujemo da će putovati samo 660 metara (brzinom svjetlosti 300 km/s) prije nego što se raspadne, efekti vremenske dilatacije omogućavaju kosmičkim mionima da putuju preko 000 kilometara do površine Zemlje. i dalje. . U referentnom okviru sa Zemljom, mioni žive duže zbog svoje velike brzine.
Godine 1907. Ajnštajnov bivši učitelj Herman Minkovski uveo je prostor i vreme kao. Prostor-vrijeme se ponaša kao scena u kojoj se čestice kreću u svemiru jedna u odnosu na drugu. Međutim, ova verzija prostor-vremena bila je nepotpuna (vidi također: ). Nije uključivao gravitaciju sve dok Ajnštajn nije uveo opštu relativnost 1916. Tkanina prostor-vremena je kontinuirana, glatka, iskrivljena i deformisana prisustvom materije i energije (2). Gravitacija je zakrivljenost svemira, uzrokovana masivnim tijelima i drugim oblicima energije, koja određuje put kojim se objekti kreću. Ova zakrivljenost je dinamična, kreće se kako se objekti kreću. Kako kaže fizičar John Wheeler: "Prostor-vrijeme preuzima masu govoreći joj kako da se kreće, a masa preuzima prostor-vrijeme govoreći joj kako da se zakrivi."
2. Ajnštajnov prostor-vreme
Vrijeme i kvantni svijet
Opšta teorija relativnosti smatra da je protok vremena neprekidan i relativan, a prolazak vremena smatra univerzalnim i apsolutnim u odabranom preseku. Šezdesetih godina prošlog stoljeća, uspješan pokušaj kombiniranja prethodno nekompatibilnih ideja, kvantne mehanike i opšte teorije relativnosti doveo je do onoga što je poznato kao Wheeler-DeWitt jednačina, korak ka teoriji kvantna gravitacija. Ova jednačina je riješila jedan problem, ali je stvorila drugi. Vrijeme ne igra nikakvu ulogu u ovoj jednačini. To je dovelo do velike kontroverze među fizičarima, koju nazivaju problemom vremena.
Carlo Rovelli (3), savremeni italijanski teorijski fizičar ima određeno mišljenje o ovom pitanju. “, napisao je u knjizi “Tajna vremena”.
3. Carlo Rovelli i njegova knjiga
Oni koji se slažu sa kopenhagenskom interpretacijom kvantne mehanike vjeruju da se kvantni procesi povinuju Schrödingerovoj jednadžbi, koja je simetrična u vremenu i proizlazi iz talasnog kolapsa funkcije. U kvantnoj mehaničkoj verziji entropije, kada se entropija mijenja, ne teče toplina, već informacija. Neki kvantni fizičari tvrde da su pronašli porijeklo strele vremena. Kažu da se energija raspršuje i da se objekti poravnavaju jer se elementarne čestice vezuju kada stupe u interakciju u obliku "kvantne isprepletenosti". Ajnštajn je, zajedno sa svojim kolegama Podolskim i Rosenom, smatrao da je ovo ponašanje nemoguće jer je u suprotnosti sa lokalnim realističkim pogledom na uzročnost. Kako čestice koje se nalaze daleko jedna od druge mogu istovremeno međusobno komunicirati, pitali su se.
Godine 1964. razvio je eksperimentalni test koji je opovrgnuo Ajnštajnove tvrdnje o takozvanim skrivenim varijablama. Stoga je široko rasprostranjeno vjerovanje da informacije putuju između isprepletenih čestica, potencijalno brže nego što svjetlost može putovati. Koliko znamo, vrijeme ne postoji za upletene čestice (4).
Grupa fizičara na Hebrejskom univerzitetu predvođena Elijem Megidišem u Jerusalimu izvijestila je 2013. da su uspjeli uplesti fotone koji nisu postojali u vremenu. Prvo, u prvom koraku, stvorili su isprepleteni par fotona, 1-2. Ubrzo nakon toga, izmjerili su polarizaciju fotona 1 (osobina koja opisuje smjer u kojem oscilira svjetlost) - čime su ga "ubili" (faza II). Foton 2 je poslat na putovanje i formiran je novi isprepleteni par 3-4 (korak III). Foton 3 je zatim mjeren zajedno sa putujućim fotonom 2 na način da se koeficijent isprepletenosti "promijenio" sa starih parova (1-2 i 3-4) u novi kombinovani 2-3 (korak IV). Nešto kasnije (faza V) mjeri se polaritet jedinog preživjelog fotona 4 i rezultati se upoređuju sa polarizacijom davno mrtvog fotona 1 (nazad u fazi II). Rezultat? Podaci su otkrili prisustvo kvantnih korelacija između fotona 1 i 4, "vremenski nelokalnih". To znači da do isprepletenosti može doći u dva kvantna sistema koji nikada nisu postojali u vremenu.
Megiddish i njegove kolege ne mogu a da ne nagađaju o mogućim interpretacijama njihovih 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 nazad, kvantne korelacije se šire ka uzročnoj praznini između smrti jednog fotona i rođenja drugog.
Šta to znači na makro skali? Naučnici, raspravljajući o mogućim implikacijama, govore o mogućnosti da su naša zapažanja svjetlosti zvijezda na neki način diktirala polarizaciju fotona prije 9 milijardi godina.
Par američkih i kanadskih fizičara, Matthew S. Leifer sa Univerziteta Chapman u Kaliforniji i Matthew F. Pusey sa Instituta za teorijsku fiziku Perimeter u Ontariju, uočili su prije nekoliko godina da ako se ne držimo činjenice da je Einstein. Mjerenja na čestici mogu se odraziti na prošlost i budućnost, što u ovoj situaciji postaje nebitno. Nakon preformulisanja nekih osnovnih pretpostavki, naučnici su razvili model zasnovan na Belovoj teoremi, u kojoj se prostor transformiše u vreme. Njihovi proračuni pokazuju zašto, pod pretpostavkom da je vrijeme uvijek ispred nas, spotičemo se o kontradikcije.
Prema Carlu Rovelliju, naša ljudska percepcija vremena je neraskidivo povezana s načinom na koji se toplinska energija ponaša. Zašto znamo samo prošlost, a ne budućnost? Ključ, prema naučniku, jednosmjerni tok topline od toplijih predmeta ka hladnijim. Kocka leda bačena u vruću šoljicu kafe hladi kafu. Ali proces je nepovratan. Čovjek, kao neka vrsta "termodinamičke mašine", slijedi ovu strelicu vremena i nije u stanju razumjeti drugi smjer. “Ali ako promatram mikroskopsko stanje”, piše Rovelli, “razlika između prošlosti i budućnosti nestaje... u elementarnoj gramatici stvari nema razlike između uzroka i posljedice.”
Vrijeme mjereno u kvantnim razlomcima
Ili se možda vrijeme može kvantizirati? Nova teorija koja se nedavno pojavila sugerira da najmanji zamislivi vremenski interval ne može premašiti milioniti dio biliontinog dijela sekunde. Teorija slijedi koncept koji je barem osnovno svojstvo sata. Prema teoretičarima, posljedice ovog razmišljanja mogu pomoći u stvaranju "teorije svega".
Koncept kvantnog vremena nije nov. Model kvantne gravitacije predlaže da se vrijeme kvantizira i da ima određenu stopu tikova. Ovaj ciklus otkucavanja je univerzalna minimalna jedinica i nijedna vremenska dimenzija ne može biti manja od ove. Bilo bi kao da postoji polje u osnovi svemira koje određuje minimalnu brzinu svega u njemu, dajući masu drugim česticama. U slučaju ovog univerzalnog sata, "umjesto da daje masu, on će dati vrijeme", objašnjava jedan fizičar koji predlaže kvantizaciju vremena, Martin Bojowald.
Simulirajući takav univerzalni sat, on i njegove kolege na Pennsylvania State College u Sjedinjenim Državama pokazali su da bi to moglo napraviti razliku u umjetnim atomskim satovima, koji koriste atomske vibracije kako bi proizveli najpreciznije poznate rezultate. mjerenja vremena. Prema ovom modelu, atomski sat (5) ponekad nije bio sinhronizovan sa univerzalnim satom. To bi ograničilo tačnost mjerenja vremena na jedan atomski sat, što znači da dva različita atomska sata mogu na kraju ne odgovarati dužini proteklog perioda. S obzirom da su naši najbolji atomski satovi međusobno konzistentni i da mogu mjeriti otkucaje do 10-19 sekundi, ili jednu desetinu milijarditog dijela milijarde, osnovna jedinica vremena ne može biti veća od 10-33 sekunde. Ovo su zaključci članka o ovoj teoriji koji se pojavio u junu 2020. u časopisu Physical Review Letters.
5. Atomski sat na bazi lutecijuma na Nacionalnom univerzitetu Singapura.
Testiranje postojanja takve osnovne jedinice vremena je izvan naših trenutnih tehnoloških mogućnosti, ali se i dalje čini pristupačnijim od mjerenja Planckovog vremena, koje iznosi 5,4 × 10–44 sekunde.
Efekat 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 sa Univerziteta Connecticut Ronald Mallett rekao je za CNN da je napisao naučnu jednačinu koja bi se mogla koristiti kao osnova za mašina u realnom vremenu. Čak je napravio uređaj za ilustraciju ključnog elementa teorije. On smatra da je to teoretski moguće pretvaranje vremena u petljušto bi omogućilo putovanje kroz vreme u prošlost. Čak je napravio prototip koji pokazuje kako laseri mogu pomoći u postizanju ovog cilja. Treba napomenuti da Mallettove kolege nisu uvjerene da će se njegova vremenska mašina ikada materijalizirati. Čak i Mallett priznaje da je njegova ideja u ovom trenutku potpuno teoretska.
Krajem 2019., New Scientist je objavio da su fizičari Barak Shoshani i Jacob Hauser sa Instituta Perimeter u Kanadi opisali rješenje u kojem bi osoba teoretski mogla putovati od jednog novosti do drugog, prolaz kroz rupu unutra prostor-vreme ili tunel, kako kažu, "matematički moguć". Ovaj model pretpostavlja da postoje različiti paralelni univerzumi u kojima možemo putovati, i ima ozbiljan nedostatak - putovanje kroz vrijeme ne utiče na samu vremensku liniju putnika. Na taj način možete uticati na druge kontinuume, ali onaj od kojeg smo krenuli ostaje nepromijenjen.
A pošto smo u prostorno-vremenskom kontinuumu, onda uz pomoć kvantni kompjuter Kako bi simulirali putovanje kroz vrijeme, naučnici su nedavno dokazali da ne postoji "efekat leptira" u kvantnom području, kao što se vidi u mnogim naučnofantastičnim filmovima i knjigama. U eksperimentima na kvantnom nivou, oštećeni, naizgled gotovo nepromijenjeni, kao da se stvarnost liječi sama od sebe. Rad na ovu temu pojavio se ovog ljeta u Psysical Review Letters. „Na kvantnom kompjuteru nema problema ni sa simulacijom suprotne evolucije u vremenu, niti sa simulacijom procesa vraćanja procesa u prošlost“, objasnio je Mikolay Sinitsyn, teorijski fizičar iz Nacionalne laboratorije u Los Alamosu i ko- autor studije. Posao. “Zaista možemo vidjeti šta se dešava sa složenim kvantnim svijetom ako se vratimo u prošlost, dodamo malo štete i vratimo se nazad. Otkrivamo da je naš primordijalni svijet preživio, što znači da u kvantnoj mehanici nema efekta leptira.”
Ovo je veliki udarac za nas, ali i dobra vijest za nas. Prostor-vremenski kontinuum održava integritet, ne dozvoljavajući malim promjenama da ga unište. Zašto? Ovo je zanimljivo pitanje, ali malo drugačija tema od samog vremena.
