Misterul timpului

Timpul a fost întotdeauna o problemă. În primul rând, chiar și pentru mințile extraordinare le-a fost greu să înțeleagă ce era cu adevărat timpul. Astăzi, când ni se pare că înțelegem într-o oarecare măsură acest lucru, mulți cred că fără el, cel puțin în sensul tradițional, va fi mai confortabil.

"" Scris de Isaac Newton. El credea că timpul poate fi înțeles cu adevărat doar matematic. Pentru el, timpul absolut unidimensional și geometria tridimensională a Universului erau aspecte independente și separate ale realității obiective și, în fiecare moment al timpului absolut, toate evenimentele din Univers au avut loc simultan.

Cu teoria sa specială a relativității, Einstein a eliminat conceptul de timp simultan. Conform ideii sale, simultaneitatea nu este o relație absolută între evenimente: ceea ce este simultan într-un cadru de referință nu va fi neapărat simultan în altul.

Un exemplu de înțelegere a timpului de către Einstein este muonul din razele cosmice. Este o particulă subatomică instabilă cu o durată medie de viață de 2,2 microsecunde. Se formează în atmosfera superioară și, deși ne așteptăm să călătorească doar 660 de metri (la viteza luminii 300 km/s) înainte de a se descompune, efectele de dilatare a timpului permit muonilor cosmici să călătorească mai mult de 000 de kilometri până la suprafața Pământului. și mai departe. . În cadrul de referință al Pământului, muonii trăiesc mai mult datorită vitezei lor mari.

În 1907, fostul profesor al lui Einstein, Hermann Minkowski, a introdus spațiul și timpul ca. Spațiul-timp se comportă ca o scenă în care particulele se mișcă în univers una față de alta. Cu toate acestea, această versiune a spațiu-timpului era incompletă (Vezi si: ). Nu a inclus gravitația până când Einstein a introdus relativitatea generală în 1916. Țesătura spațiu-timpului este continuă, netedă, curbată și deformată de prezența materiei și a energiei (2). Gravitația este curbura universului cauzată de corpuri masive și alte forme de energie care determină calea pe care se mișcă obiectele. Această curbură este dinamică, mișcându-se pe măsură ce obiectele se mișcă. După cum spune fizicianul John Wheeler, „spațiul-timpul captează masa, spunându-i cum să se miște, iar masa captează spațiu-timpul, spunându-i cum să se curbeze”.

2. Einstein spațiu-timp

Timpul și lumea cuantică

Teoria generală a relativității consideră că fluxul de timp este continuu și relativ și consideră că fluxul de timp este universal și absolut în secțiunea selectată. În anii '60, o încercare reușită de a combina ideile anterior incompatibile, mecanica cuantică și relativitatea generală a condus la ceea ce este cunoscut sub numele de ecuația Wheeler-DeWitt, un pas către teorie. gravitația cuantică. Această ecuație a rezolvat o problemă, dar a creat alta. Timpul nu joacă niciun rol în această ecuație. Acest lucru a dus la o mare controversă în rândul fizicienilor, pe care ei o numesc problema timpului.

Carlo Rovelli (3), un fizician teoretician italian modern are o opinie certă în această privință. „”, a scris el în cartea „Misterul timpului”.

3. Carlo Rovelli și cartea sa

Cei care sunt de acord cu interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice cred că procesele cuantice se supun ecuației Schrödinger, care este simetrică în timp și provine din prăbușirea undei a unei funcții. În versiunea mecanică cuantică a entropiei, atunci când entropia se schimbă, nu curge căldura, ci informația. Unii fizicieni cuantici susțin că au găsit sursa originală a săgeții timpului. Ei spun că energia se disipează și obiectele se aliniază deoarece particulele subatomice sunt legate între ele prin interacțiune sub formă de „încurcare cuantică”. Einstein, împreună cu colegii săi Podolsky și Rosen, au considerat un astfel de comportament imposibil, deoarece contrazice viziunea realistă locală despre cauzalitate. Cum pot particulele aflate departe unul de altul să interacționeze între ele imediat, au întrebat ei.

În 1964, el a dezvoltat un test experimental care a infirmat afirmațiile lui Einstein despre așa-numitele variabile ascunse. În consecință, se crede pe scară largă că informațiile călătoresc de fapt între particulele încurcate, potențial mai repede decât poate călători lumina. Din câte știm, timpul nu există pentru particule încurcate (4).

O echipă de fizicieni de la Universitatea Ebraică condusă de Eli Megidish din Ierusalim a raportat în 2013 că au reușit să încurce fotoni care nu au coexistat în timp. Mai întâi, în prima etapă au creat o pereche de fotoni încâlciți, 1-2. La scurt timp după aceea, au măsurat polarizarea fotonului 1 (proprietatea care descrie direcția în care oscilează lumina) – astfel „omorându-l” (Etapa II). Fotonul 2 a fost trimis în călătoria sa și s-a format o nouă pereche încâlcită 3-4 (pasul III). Fotonul 3 a fost apoi măsurat împreună cu fotonul care călătorește 2, astfel încât coeficientul de întricare „s-a schimbat” de la vechile perechi (1-2 și 3-4) la noul 2-3 combinat (pasul IV). Un timp mai târziu (etapa V), se măsoară polaritatea singurului foton 4 supraviețuitor, iar rezultatele sunt comparate cu polarizarea fotonului 1 mort de mult timp (înapoi în etapa II). Rezultat? Datele au relevat corelații cuantice între fotonii 1 și 4, care erau „temporar nelocali”. Aceasta înseamnă că încrucișarea poate apărea în două sisteme cuantice care nu au coexistat niciodată în timp.

Megidish și colegii săi nu pot să nu speculeze cu privire la posibile interpretări ale rezultatelor lor. Poate că măsurarea polarizării fotonului 1 în pasul II direcționează cumva polarizarea viitoare a lui 4, sau măsurarea polarizării fotonului 4 în pasul V rescrie cumva starea anterioară de polarizare a fotonului 1. În ambele direcții înainte și înapoi, corelațiile cuantice se propagă la vidul cauzal dintre moartea unui foton și nașterea altuia.

Ce ar putea însemna acest lucru la scară macro? Oamenii de știință care discută posibilele implicații ridică posibilitatea ca observațiile noastre asupra luminii stelelor să fi dictat cumva polarizarea fotonilor în urmă cu 9 miliarde de ani.

O pereche de fizicieni americani și canadieni, Matthew S. Leifer de la Universitatea Chapman din California și Matthew F. Pusey de la Perimeter Institute for Theoretical Physics din Ontario, au observat în urmă cu câțiva ani că dacă nu rămânem la faptul că Einstein. Măsurătorile efectuate pe o particule se pot reflecta în trecut și viitor, ceea ce în această situație devine irelevant. Prin reformularea unor ipoteze de bază, oamenii de știință au dezvoltat un model bazat pe teorema lui Bell în care spațiul este transformat în timp. Calculele lor arată de ce, presupunând că timpul este mereu înainte, ne împiedicăm de contradicții.

Potrivit lui Carl Rovelli, percepția noastră umană asupra timpului este indisolubil legată de modul în care se comportă energia termică. De ce știm doar trecutul și nu viitorul? Cheia, așa cum sugerează omul de știință, flux unidirecțional de căldură de la obiecte mai calde la cele mai reci. Un cub de gheață aruncat într-o ceașcă fierbinte de cafea răcește cafeaua. Dar procesul este ireversibil. Omul, ca un fel de „mașină termodinamică”, urmează această săgeată a timpului și nu poate înțelege nicio altă direcție. „Dar dacă observ o stare microscopică”, scrie Rovelli, „diferența dintre trecut și viitor dispare... în gramatica elementară a lucrurilor nu există nicio diferență între cauză și efect.”

Timpul măsurat în fracții cuantice

Sau poate timpul poate fi cuantificat? O nouă teorie apărută recent sugerează că cel mai mic interval de timp imaginabil nu poate depăși o milioneme de miliardime de miliardime de secundă. Teoria urmează un concept care este cel puțin proprietatea de bază a ceasului. Potrivit teoreticienilor, implicațiile acestui raționament ar putea ajuta la crearea unei „teorii a tuturor”.

Conceptul de timp cuantic nu este nou. Model gravitațional cuantic propune ca timpul să fie cuantificat și să aibă o viteză specifică. Acest ciclu de bifare este unitatea minimă universală și nicio dimensiune de timp nu poate fi mai mică decât aceasta. Ar fi ca și cum ar exista un câmp la baza Universului care ar determina viteza minimă a tot ce se află în el, dând masă altor particule. În cazul acestui ceas universal, „în loc să dea masă, va da timp”, explică un fizician care propune cuantificarea timpului, Martin Boyowald.

Simulând un astfel de ceas universal, el și colegii săi de la Pennsylvania State College din SUA au arătat că acest lucru ar avea implicații pentru ceasurile atomice artificiale, care folosesc vibrațiile atomice pentru a produce cele mai precise rezultate cunoscute. măsurători de timp. Conform acestui model, rata ceasurilor atomice (5) a fost uneori nesincronizată cu rata ceasului universal. Acest lucru ar limita acuratețea măsurării timpului doar la ceasul atomic, ceea ce înseamnă că două ceasuri atomice diferite ar putea ajunge să nu se potrivească pe durata perioadei scurse. Având în vedere că cele mai bune ceasuri atomice ale noastre sunt consecvente între ele și pot măsura ticăituri de până la 10-19 secunde, sau o zecime de miliardime de miliardime de secundă, unitatea de bază a timpului nu poate fi mai mare de 10-33 de secunde. . Acestea sunt concluziile unei lucrări despre această teorie care a apărut în iunie 2020 în revista Physical Review Letters.

5. Ceas atomic pe bază de lutețiu de la Universitatea Națională din Singapore.

Testarea dacă există o astfel de unitate de bază de timp depășește capacitățile noastre tehnologice actuale, dar încă pare mai accesibilă decât măsurarea timpului Planck, care este de 5,4 × 10–44 de secunde.

Efectul fluture nu funcționează!

Scoaterea timpului din lumea cuantică, sau cuantificarea lui, ar putea avea consecințe interesante, dar să fim sinceri, imaginația populară este condusă de altceva, și anume de călătoria în timp.

Acum aproximativ un an, profesorul de fizică de la Universitatea din Connecticut, Ronald Mallett, a declarat pentru CNN că a scris o ecuație științifică care ar putea fi folosită ca bază pentru mașină în timp real. A construit chiar un dispozitiv pentru a ilustra un element cheie al teoriei. El crede că teoretic este posibil transformând timpul într-o buclăcare ar permite călătoria în timp în trecut. El a construit chiar și un prototip care arată cum laserele ar putea ajuta la atingerea acestui obiectiv. Trebuie remarcat faptul că colegii lui Mallett nu sunt siguri că mașina lui timp se va concretiza vreodată. Chiar și Mallett admite că ideea lui este în întregime teoretică în acest moment.

La sfârșitul anului 2019, New Scientist a raportat că fizicienii Barak Shoshani și Jacob Hauser de la Perimeter Institute din Canada au descris o soluție în care o persoană ar putea călători teoretic dintr-un fluxuri de stiri la al doilea, trecând prin gaura din spațiu timp sau un tunel, după cum se spune, „posibil din punct de vedere matematic”. Acest model presupune că există diverse universuri paralele în care putem călători și are un dezavantaj serios - călătoria în timp nu afectează propria cronologie a călătorilor. Deci poți influența alte continuumuri, dar cel din care am început călătoria rămâne același.

Și din moment ce suntem în continuum-uri spațiu-timp, atunci cu ajutorul calculator cuantic Pentru a simula călătoria în timp, oamenii de știință au demonstrat recent că în domeniul cuantic nu există „efect de fluture”, care se observă în multe filme și cărți științifico-fantastice. În experimente la nivel cuantic, deteriorat, aparent aproape neschimbat, de parcă realitatea s-ar vindeca singură. O lucrare pe această temă a apărut în această vară în Psychological Review Letters. „Pe un computer cuantic nu există nicio problemă fie să simuleze evoluția opusă în timp, fie să simuleze procesul de mutare a unui proces înapoi în trecut”, a explicat Mikolai Sinitsyn, fizician teoretician la Laboratorul Național Los Alamos și coautor al studiului. . Muncă. „Putem vedea de fapt ce se întâmplă cu lumea cuantică complexă dacă ne întoarcem în timp, adăugăm puține daune și ne întoarcem. Constatăm că lumea noastră primitivă a supraviețuit, ceea ce înseamnă că nu există niciun efect fluture în mecanica cuantică.”

Aceasta este o lovitură mare pentru noi, dar poate o veste bună pentru noi. Continuumul spațiu-timp își menține integritatea, împiedicând micile schimbări să-l distrugă. De ce? Aceasta este o întrebare interesantă, dar un subiect puțin diferit de timpul însuși.