Γρίφος του χρόνου

Ο χρόνος ήταν πάντα πρόβλημα. Πρώτον, ήταν δύσκολο ακόμη και για τα πιο λαμπρά μυαλά να καταλάβουν τι ήταν πραγματικά η ώρα. Σήμερα, όταν μας φαίνεται ότι το καταλαβαίνουμε σε κάποιο βαθμό, πολλοί πιστεύουν ότι χωρίς αυτό, τουλάχιστον με την παραδοσιακή έννοια, θα είναι πιο άνετα.

"" Γράφτηκε από τον Ισαάκ Νεύτωνα. Πίστευε ότι ο χρόνος μπορούσε να γίνει αληθινά κατανοητός μόνο μαθηματικά. Για αυτόν, ο μονοδιάστατος απόλυτος χρόνος και η τρισδιάστατη γεωμετρία του Σύμπαντος ήταν ανεξάρτητες και ξεχωριστές όψεις της αντικειμενικής πραγματικότητας και σε κάθε στιγμή του απόλυτου χρόνου, όλα τα γεγονότα στο Σύμπαν συνέβαιναν ταυτόχρονα.

Με την ειδική θεωρία της σχετικότητας, ο Αϊνστάιν αφαίρεσε την έννοια του ταυτόχρονου χρόνου. Σύμφωνα με την ιδέα του, ο ταυτόχρονος δεν είναι μια απόλυτη σχέση μεταξύ γεγονότων: αυτό που βρίσκεται ταυτόχρονα σε ένα πλαίσιο αναφοράς δεν θα είναι απαραίτητα ταυτόχρονα σε ένα άλλο.

Ένα παράδειγμα της κατανόησης του χρόνου από τον Αϊνστάιν είναι το μιόνιο από τις κοσμικές ακτίνες. Είναι ένα ασταθές υποατομικό σωματίδιο με μέση διάρκεια ζωής 2,2 μικροδευτερόλεπτα. Σχηματίζεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα και παρόλο που αναμένουμε να ταξιδέψει μόνο 660 μέτρα (με ταχύτητα φωτός 300 km/s) πριν αποσυντεθεί, τα φαινόμενα διαστολής χρόνου επιτρέπουν στα κοσμικά μιόνια να ταξιδέψουν πάνω από 000 χιλιόμετρα στην επιφάνεια της Γης. και επιπλέον. . Σε ένα πλαίσιο αναφοράς με τη Γη, τα μιόνια ζουν περισσότερο λόγω της υψηλής ταχύτητάς τους.

Το 1907, ο πρώην δάσκαλος του Αϊνστάιν Χέρμαν Μινκόφσκι εισήγαγε τον χώρο και τον χρόνο ως. Ο χωροχρόνος συμπεριφέρεται σαν μια σκηνή στην οποία τα σωματίδια κινούνται στο σύμπαν μεταξύ τους. Ωστόσο, αυτή η έκδοση του χωροχρόνου ήταν ημιτελής (δείτε επίσης: ). Δεν περιλάμβανε τη βαρύτητα έως ότου ο Αϊνστάιν εισήγαγε τη γενική σχετικότητα το 1916. Ο ιστός του χωροχρόνου είναι συνεχής, λείος, παραμορφωμένος και παραμορφωμένος από την παρουσία ύλης και ενέργειας (2). Η βαρύτητα είναι η καμπυλότητα του σύμπαντος, που προκαλείται από μαζικά σώματα και άλλες μορφές ενέργειας, που καθορίζει τη διαδρομή που ακολουθούν τα αντικείμενα. Αυτή η καμπυλότητα είναι δυναμική, κινείται καθώς κινούνται τα αντικείμενα. Όπως λέει ο φυσικός John Wheeler, «Ο χωροχρόνος αναλαμβάνει τη μάζα λέγοντάς του πώς να κινείται και η μάζα καταλαμβάνει τον χωρόχρονο λέγοντάς του πώς να καμπυλώνει».

2. Ο χωροχρόνος του Αϊνστάιν

Ο χρόνος και ο κβαντικός κόσμος

Η γενική θεωρία της σχετικότητας θεωρεί ότι το πέρασμα του χρόνου είναι συνεχές και σχετικό και θεωρεί το πέρασμα του χρόνου καθολικό και απόλυτο στο επιλεγμένο κομμάτι. Στη δεκαετία του 60, μια επιτυχημένη προσπάθεια συνδυασμού προηγουμένως ασυμβίβαστων ιδεών, κβαντικής μηχανικής και γενικής σχετικότητας οδήγησε σε αυτό που είναι γνωστό ως εξίσωση Wheeler-DeWitt, ένα βήμα προς τη θεωρία. κβαντική βαρύτητα. Αυτή η εξίσωση έλυσε ένα πρόβλημα αλλά δημιούργησε ένα άλλο. Ο χρόνος δεν παίζει κανένα ρόλο σε αυτή την εξίσωση. Αυτό έχει οδηγήσει σε μια μεγάλη διαμάχη μεταξύ των φυσικών, την οποία αποκαλούν πρόβλημα του χρόνου.

Κάρλο Ροβέλι (3), ένας σύγχρονος Ιταλός θεωρητικός φυσικός έχει σίγουρη άποψη για αυτό το θέμα. », έγραψε στο βιβλίο «Το μυστικό του χρόνου».

3. Ο Κάρλο Ροβέλι και το βιβλίο του

Όσοι συμφωνούν με την ερμηνεία της Κβαντικής Μηχανικής της Κοπεγχάγης πιστεύουν ότι οι κβαντικές διεργασίες υπακούουν στην εξίσωση Schrödinger, η οποία είναι συμμετρική χρονικά και προκύπτει από την κατάρρευση του κύματος μιας συνάρτησης. Στην κβαντομηχανική εκδοχή της εντροπίας, όταν η εντροπία αλλάζει, δεν ρέει θερμότητα, αλλά πληροφορίες. Μερικοί κβαντικοί φυσικοί ισχυρίζονται ότι βρήκαν την προέλευση του βέλους του χρόνου. Λένε ότι η ενέργεια διαχέεται και τα αντικείμενα ευθυγραμμίζονται επειδή τα στοιχειώδη σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους καθώς αλληλεπιδρούν με μια μορφή «κβαντικής εμπλοκής». Ο Αϊνστάιν, μαζί με τους συναδέλφους του Ποντόλσκι και Ρόζεν, θεώρησαν ότι αυτή η συμπεριφορά ήταν αδύνατη επειδή έρχονταν σε αντίθεση με την τοπική ρεαλιστική άποψη της αιτιότητας. Πώς μπορούν τα σωματίδια που βρίσκονται μακριά το ένα από το άλλο να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους αμέσως, ρώτησαν.

Το 1964, ανέπτυξε ένα πειραματικό τεστ που διέψευσε τους ισχυρισμούς του Αϊνστάιν σχετικά με τις λεγόμενες κρυφές μεταβλητές. Ως εκ τούτου, πιστεύεται ευρέως ότι οι πληροφορίες ταξιδεύουν μεταξύ μπερδεμένων σωματιδίων, δυνητικά ταχύτερα από ό,τι μπορεί να ταξιδέψει το φως. Από όσο γνωρίζουμε, ο χρόνος δεν υπάρχει για μπλεγμένα σωματίδια (4).

Μια ομάδα φυσικών στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο με επικεφαλής τον Eli Megidish στην Ιερουσαλήμ ανέφερε το 2013 ότι κατάφεραν να εμπλέξουν φωτόνια που δεν συνυπήρχαν στο χρόνο. Πρώτα, στο πρώτο βήμα, δημιούργησαν ένα μπλεγμένο ζεύγος φωτονίων, 1-2. Λίγο αργότερα, μέτρησαν την πόλωση του φωτονίου 1 (μια ιδιότητα που περιγράφει την κατεύθυνση προς την οποία ταλαντώνεται το φως) - «σκοτώνοντας» το (στάδιο II). Το φωτόνιο 2 στάλθηκε σε ένα ταξίδι και σχηματίστηκε ένα νέο εμπλεκόμενο ζεύγος 3-4 (βήμα III). Στη συνέχεια, το φωτόνιο 3 μετρήθηκε μαζί με το διακινούμενο φωτόνιο 2 με τέτοιο τρόπο ώστε ο συντελεστής εμπλοκής "άλλαξε" από τα παλιά ζεύγη (1-2 και 3-4) στο νέο συνδυασμένο 2-3 (βήμα IV). Λίγο αργότερα (στάδιο V) μετράται η πολικότητα του μοναδικού σωζόμενου φωτονίου 4 και τα αποτελέσματα συγκρίνονται με την πόλωση του νεκρού φωτονίου 1 (επιστροφή στο στάδιο II). Αποτέλεσμα? Τα δεδομένα αποκάλυψαν την παρουσία κβαντικών συσχετισμών μεταξύ των φωτονίων 1 και 4, «προσωρινά μη τοπικές». Αυτό σημαίνει ότι η εμπλοκή μπορεί να συμβεί σε δύο κβαντικά συστήματα που δεν συνυπήρξαν ποτέ στο χρόνο.

Ο Megiddish και οι συνεργάτες του δεν μπορούν παρά να κάνουν εικασίες σχετικά με πιθανές ερμηνείες των αποτελεσμάτων τους. Ίσως η μέτρηση της πόλωσης του φωτονίου 1 στο βήμα II κατευθύνει κατά κάποιο τρόπο τη μελλοντική πόλωση του φωτονίου 4 ή η μέτρηση της πόλωσης του φωτονίου 4 στο βήμα V αντικαθιστά κατά κάποιο τρόπο την προηγούμενη κατάσταση πόλωσης του φωτονίου 1. Και στις δύο κατευθύνσεις προς τα εμπρός και προς τα πίσω, το κβαντικό Οι συσχετισμοί διαδίδονται στο αιτιακό κενό μεταξύ του θανάτου ενός φωτονίου και της γέννησης ενός άλλου.

Τι σημαίνει αυτό σε μακροοικονομική κλίμακα; Οι επιστήμονες, συζητώντας τις πιθανές επιπτώσεις, μιλούν για την πιθανότητα οι παρατηρήσεις μας στο φως των αστεριών να υπαγόρευσαν κατά κάποιο τρόπο την πόλωση των φωτονίων πριν από 9 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ένα ζευγάρι Αμερικανών και Καναδών φυσικών, ο Matthew S. Leifer στο Πανεπιστήμιο Chapman στην Καλιφόρνια και ο Matthew F. Pusey στο Perimeter Institute for Theoretical Physics στο Οντάριο, παρατήρησαν πριν από μερικά χρόνια ότι αν δεν μείνουμε στο γεγονός ότι ο Αϊνστάιν. Οι μετρήσεις που γίνονται σε ένα σωματίδιο μπορούν να αντικατοπτρίζονται στο παρελθόν και στο μέλλον, κάτι που καθίσταται άσχετο σε αυτήν την κατάσταση. Αφού αναδιατύπωσαν κάποιες βασικές υποθέσεις, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα μοντέλο βασισμένο στο θεώρημα του Bell στο οποίο ο χώρος μετασχηματίζεται σε χρόνο. Οι υπολογισμοί τους δείχνουν γιατί, υποθέτοντας ότι ο χρόνος είναι πάντα μπροστά, σκοντάφτουμε σε αντιφάσεις.

Σύμφωνα με τον Carl Rovelli, η ανθρώπινη αντίληψη για το χρόνο είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με το πώς συμπεριφέρεται η θερμική ενέργεια. Γιατί γνωρίζουμε μόνο το παρελθόν και όχι το μέλλον; Το κλειδί, σύμφωνα με τον επιστήμονα, μονοκατευθυντική ροή θερμότητας από θερμότερα αντικείμενα σε ψυχρότερα. Ένα παγάκι που ρίχνεται σε ένα ζεστό φλιτζάνι καφέ δροσίζει τον καφέ. Όμως η διαδικασία είναι μη αναστρέψιμη. Ο άνθρωπος, ως είδος «θερμοδυναμικής μηχανής», ακολουθεί αυτό το βέλος του χρόνου και αδυνατεί να κατανοήσει άλλη κατεύθυνση. «Αλλά αν παρατηρήσω μια μικροσκοπική κατάσταση», γράφει ο Rovelli, «η διαφορά μεταξύ παρελθόντος και μέλλοντος εξαφανίζεται… στη στοιχειώδη γραμματική των πραγμάτων δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ αιτίας και αποτελέσματος».

Ο χρόνος μετριέται σε κβαντικά κλάσματα

Ή μήπως ο χρόνος μπορεί να κβαντιστεί; Μια πρόσφατα αναδυόμενη νέα θεωρία προτείνει ότι το μικρότερο δυνατό χρονικό διάστημα δεν μπορεί να υπερβαίνει το ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου. Η θεωρία ακολουθεί μια έννοια που είναι τουλάχιστον η βασική ιδιότητα ενός ρολογιού. Σύμφωνα με τους θεωρητικούς, οι συνέπειες αυτού του συλλογισμού μπορούν να βοηθήσουν στη δημιουργία μιας «θεωρίας των πάντων».

Η έννοια του κβαντικού χρόνου δεν είναι νέα. Μοντέλο κβαντικής βαρύτητας προτείνει ο χρόνος να είναι κβαντισμένος και να έχει ένα συγκεκριμένο ποσοστό κρότων. Αυτός ο κύκλος είναι η καθολική ελάχιστη μονάδα και καμία χρονική διάσταση δεν μπορεί να είναι μικρότερη από αυτή. Θα ήταν σαν να υπήρχε ένα πεδίο στα θεμέλια του σύμπαντος που καθορίζει την ελάχιστη ταχύτητα κίνησης των πάντων σε αυτό, δίνοντας μάζα σε άλλα σωματίδια. Στην περίπτωση αυτού του παγκόσμιου ρολογιού, «αντί να δίνει μάζα, θα δώσει χρόνο», εξηγεί ένας φυσικός που προτείνει την κβαντοποίηση του χρόνου, ο Martin Bojowald.

Με τη μοντελοποίηση ενός τέτοιου παγκόσμιου ρολογιού, αυτός και οι συνάδελφοί του στο Pennsylvania State College στις Ηνωμένες Πολιτείες έδειξαν ότι θα έκανε τη διαφορά στα τεχνητά ατομικά ρολόγια, τα οποία χρησιμοποιούν ατομικούς κραδασμούς για να παράγουν τα πιο ακριβή αποτελέσματα. μετρήσεις χρόνου. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το ατομικό ρολόι (5) μερικές φορές δεν συγχρονιζόταν με το καθολικό ρολόι. Αυτό θα περιόριζε την ακρίβεια της μέτρησης του χρόνου σε ένα μόνο ατομικό ρολόι, πράγμα που σημαίνει ότι δύο διαφορετικά ατομικά ρολόγια μπορεί να καταλήξουν να μην ταιριάζουν με τη διάρκεια της περιόδου που έχει παρέλθει. Δεδομένου ότι τα καλύτερα ατομικά μας ρολόγια είναι συνεπή μεταξύ τους και μπορούν να μετρήσουν τα τικ σε 10-19 δευτερόλεπτα ή το ένα δέκατο του δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου, η βασική μονάδα χρόνου δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 10-33 δευτερόλεπτα. Αυτά είναι τα συμπεράσματα ενός άρθρου σχετικά με αυτή τη θεωρία που δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο του 2020 στο περιοδικό Physical Review Letters.

5. Ατομικό ρολόι με βάση το λουτέτιο στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης.

Η δοκιμή εάν υπάρχει μια τέτοια βασική μονάδα χρόνου είναι πέρα ​​από τις τρέχουσες τεχνολογικές μας δυνατότητες, αλλά εξακολουθεί να φαίνεται πιο προσιτή από τη μέτρηση του χρόνου Planck, που είναι 5,4 × 10–44 δευτερόλεπτα.

Το φαινόμενο της πεταλούδας δεν λειτουργεί!

Η αφαίρεση του χρόνου από τον κβαντικό κόσμο ή η κβαντοποίησή του μπορεί να έχει ενδιαφέρουσες συνέπειες, αλλά ας είμαστε ειλικρινείς, η λαϊκή φαντασία οδηγείται από κάτι άλλο, δηλαδή το ταξίδι στο χρόνο.

Πριν από περίπου ένα χρόνο, ο καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου του Κονέκτικατ Ρόναλντ Μάλετ είπε στο CNN ότι είχε γράψει μια επιστημονική εξίσωση που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως βάση για μηχανή πραγματικού χρόνου. Κατασκεύασε μάλιστα μια συσκευή για να απεικονίσει ένα βασικό στοιχείο της θεωρίας. Πιστεύει ότι είναι θεωρητικά εφικτό μετατρέποντας τον χρόνο σε βρόχοπου θα επέτρεπε το ταξίδι στο χρόνο στο παρελθόν. Κατασκεύασε μάλιστα ένα πρωτότυπο που δείχνει πώς τα λέιζερ μπορούν να βοηθήσουν στην επίτευξη αυτού του στόχου. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι συνάδελφοι του Mallett δεν είναι πεπεισμένοι ότι η χρονομηχανή του θα υλοποιηθεί ποτέ. Ακόμη και ο Mallett παραδέχεται ότι η ιδέα του είναι εντελώς θεωρητική σε αυτό το σημείο.

Στα τέλη του 2019, ο New Scientist ανέφερε ότι οι φυσικοί Barak Shoshani και Jacob Hauser του Ινστιτούτου Perimeter στον Καναδά περιέγραψαν μια λύση στην οποία ένα άτομο θα μπορούσε θεωρητικά να ταξιδέψει από ένα ροή ειδήσεων στο δεύτερο, περνώντας μέσα από μια τρύπα χωροχρόνος ή ένα τούνελ, όπως λένε, «μαθηματικά δυνατό». Αυτό το μοντέλο υποθέτει ότι υπάρχουν διαφορετικά παράλληλα σύμπαντα στα οποία μπορούμε να ταξιδέψουμε και έχει ένα σοβαρό μειονέκτημα - το ταξίδι στο χρόνο δεν επηρεάζει το χρονοδιάγραμμα των ταξιδιωτών. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να επηρεάσετε άλλες συνεχείς, αλλά αυτή από την οποία ξεκινήσαμε το ταξίδι παραμένει αμετάβλητη.

Και αφού βρισκόμαστε σε χωροχρονική συνέχεια, τότε με τη βοήθεια του κβαντικός υπολογιστής Για να προσομοιώσουν το ταξίδι στο χρόνο, οι επιστήμονες απέδειξαν πρόσφατα ότι δεν υπάρχει «φαινόμενο πεταλούδας» στο κβαντικό βασίλειο, όπως φαίνεται σε πολλές ταινίες και βιβλία επιστημονικής φαντασίας. Σε πειράματα σε κβαντικό επίπεδο, κατεστραμμένο, φαινομενικά σχεδόν αμετάβλητο, σαν να αυτοθεραπεύεται η πραγματικότητα. Μια εργασία για το θέμα εμφανίστηκε αυτό το καλοκαίρι στο Psyical Review Letters. «Σε έναν κβαντικό υπολογιστή, δεν υπάρχουν προβλήματα ούτε με την προσομοίωση της αντίθετης εξέλιξης στο χρόνο, ούτε με την προσομοίωση της διαδικασίας μετακίνησης της διαδικασίας πίσω στο παρελθόν», εξήγησε ο Mikolay Sinitsyn, θεωρητικός φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος και συν- συγγραφέας της μελέτης. Δουλειά. «Μπορούμε πραγματικά να δούμε τι συμβαίνει στον περίπλοκο κβαντικό κόσμο αν γυρίσουμε πίσω στο χρόνο, προσθέσουμε κάποια ζημιά και επιστρέψουμε. Διαπιστώνουμε ότι ο αρχέγονος κόσμος μας έχει επιβιώσει, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει φαινόμενο πεταλούδας στην κβαντική μηχανική».

Αυτό είναι μεγάλο πλήγμα για εμάς, αλλά και καλά νέα για εμάς. Το χωροχρονικό συνεχές διατηρεί την ακεραιότητα, μην αφήνοντας μικρές αλλαγές να το καταστρέψουν. Γιατί; Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα ερώτηση, αλλά ένα θέμα λίγο διαφορετικό από τον ίδιο τον χρόνο.