Гатанката на времето

Времето винаги е било проблем. Първо, беше трудно дори за най-брилянтните умове да разберат какво всъщност е времето. Днес, когато ни се струва, че разбираме това донякъде, мнозина вярват, че без него, поне в традиционния смисъл, ще бъде по-удобно.

"" Написано от Исак Нютон. Той вярваше, че времето може да бъде наистина разбрано само математически. За него едномерното абсолютно време и триизмерната геометрия на Вселената са независими и отделни аспекти на обективната реалност и във всеки момент от абсолютното време всички събития във Вселената се случват едновременно.

Със своята специална теория на относителността Айнщайн премахва концепцията за едновременно време. Според неговата идея едновременността не е абсолютна връзка между събитията: това, което е едновременно в една референтна рамка, не е задължително да бъде едновременно в друга.

Пример за разбирането на времето на Айнщайн е мюонът от космическите лъчи. Това е нестабилна субатомна частица със среден живот от 2,2 микросекунди. Образува се в горните слоеве на атмосферата и въпреки че очакваме да измине само 660 метра (при скоростта на светлината 300 000 km/s), преди да се разпадне, ефектите на забавяне на времето позволяват на космическите мюони да пътуват над 100 километра до земната повърхност. и по-нататък. . В референтна система със Земята мюоните живеят по-дълго поради високата си скорост.

През 1907 г. бившият учител на Айнщайн Херман Минковски въвежда пространството и времето като. Пространството и времето се държи като сцена, в която частиците се движат във Вселената една спрямо друга. Тази версия на пространство-времето обаче беше непълна (Вижте също: ). Тя не включва гравитацията, докато Айнщайн не въведе общата теория на относителността през 1916 г. Тъканта на пространство-времето е непрекъсната, гладка, изкривена и деформирана от присъствието на материя и енергия (2). Гравитацията е кривината на Вселената, причинена от масивни тела и други форми на енергия, която определя пътя, който поемат обектите. Тази кривина е динамична, движеща се, докато се движат обекти. Както казва физикът Джон Уилър: „Пространството-времето превзема масата, като й казва как да се движи, а масата поема пространство-времето, като й казва как да се извива“.

2. Пространството-времето на Айнщайн

Времето и квантовият свят

Общата теория на относителността счита, че изтичането на времето е непрекъснато и относително и счита, че минаването на времето е универсално и абсолютно в избрания отрязък. През 60-те години на миналия век успешен опит за комбиниране на несъвместими преди това идеи, квантова механика и обща теория на относителността доведе до това, което е известно като уравнението на Уилър-Дуит, стъпка към теорията квантова гравитация. Това уравнение реши един проблем, но създаде друг. Времето не играе никаква роля в това уравнение. Това доведе до голяма полемика сред физиците, която те наричат ​​проблем за времето.

Карло Ровели (3), съвременен италиански физик-теоретик има определено мнение по този въпрос. “, пише той в книгата „Тайната на времето”.

3. Карло Ровели и неговата книга

Тези, които са съгласни с Копенхагенската интерпретация на квантовата механика, смятат, че квантовите процеси се подчиняват на уравнението на Шрьодингер, което е симетрично във времето и възниква от вълновия колапс на функция. В квантово-механичната версия на ентропията, когато ентропията се променя, не тече топлина, а информация. Някои квантови физици твърдят, че са открили произхода на стрелата на времето. Те казват, че енергията се разсейва и обектите се подравняват, защото елементарните частици се свързват заедно, докато взаимодействат под формата на „квантово заплитане“. Айнщайн, заедно с колегите си Подолски и Розен, намират това поведение за невъзможно, защото противоречи на местния реалистичен възглед за причинно-следствената връзка. Как могат частиците, разположени далеч една от друга, да взаимодействат помежду си наведнъж, попитаха те.

През 1964 г. той разработва експериментален тест, който опроверга твърденията на Айнщайн за така наречените скрити променливи. Следователно, широко разпространеното е мнението, че информацията пътува между заплетени частици, потенциално по-бързо, отколкото светлината може да пътува. Доколкото знаем, времето не съществува за заплетени частици (4).

Група физици от Еврейския университет, водени от Ели Мегидиш в Йерусалим, съобщиха през 2013 г., че са успели да заплитат фотони, които не съществуват едновременно във времето. Първо, в първата стъпка те създадоха заплетена двойка фотони, 1-2. Малко след това те измерват поляризацията на фотон 1 (свойство, което описва посоката, в която светлината осцилира) - като по този начин го "убиват" (етап II). Фотон 2 беше изпратен на пътуване и се образува нова заплетена двойка 3-4 (стъпка III). След това фотон 3 беше измерен заедно с пътуващия фотон 2 по такъв начин, че коефициентът на заплитане "се промени" от старите двойки (1-2 и 3-4) към новите комбинирани 2-3 (стъпка IV). Известно време по-късно (етап V) се измерва полярността на единствения оцелял фотон 4 и резултатите се сравняват с поляризацията на отдавна мъртвия фотон 1 (обратно в етап II). Резултат? Данните разкриват наличието на квантови корелации между фотони 1 и 4, "временно нелокални". Това означава, че заплитането може да се случи в две квантови системи, които никога не са съществували съвместно във времето.

Мегидиш и колегите му не могат да не спекулират за възможни интерпретации на техните резултати. Може би измерването на поляризацията на фотон 1 в стъпка II по някакъв начин насочва бъдещата поляризация на 4, или измерването на поляризацията на фотон 4 в стъпка V по някакъв начин пренаписва предишното състояние на поляризация на фотон 1. И напред, и назад, квантовите корелации се разпространяват до причинно-следствената празнота между смъртта на един фотон и раждането на друг.

Какво означава това в макро мащаб? Учените, обсъждайки възможните последици, говорят за възможността нашите наблюдения на звездна светлина по някакъв начин да диктуват поляризацията на фотоните преди 9 милиарда години.

Двамата американски и канадски физици, Матю С. Лейфър от университета Чапман в Калифорния и Матю Ф. Пюзи от Периметърния институт за теоретична физика в Онтарио, забелязаха преди няколко години, че ако не се придържаме към факта, че Айнщайн. Измерванията, направени върху частица, могат да бъдат отразени в миналото и бъдещето, което става ирелевантно в тази ситуация. След преформулиране на някои основни предположения, учените разработиха модел, базиран на теоремата на Бел, при която пространството се трансформира във време. Техните изчисления показват защо, ако приемем, че времето винаги е напред, ние се спъваме в противоречия.

Според Карл Ровели нашето човешко възприятие за времето е неразривно свързано с това как се държи топлинната енергия. Защо знаем само миналото, а не бъдещето? Ключът, според учения, еднопосочен поток на топлина от по-топли обекти към по-студени. Кубче лед, хвърлено в гореща чаша кафе, охлажда кафето. Но процесът е необратим. Човекът като вид „термодинамична машина“ следва тази стрела на времето и не е в състояние да разбере друга посока. „Но ако наблюдавам микроскопично състояние“, пише Ровели, „разликата между минало и бъдеще изчезва… в елементарната граматика на нещата няма разлика между причина и следствие“.

Времето, измерено в квантови фракции

Или може би времето може да бъде квантовано? Наскоро появилата се нова теория предполага, че най-малкият възможен интервал от време не може да надвишава една милионна от милиардната от милиардната от секундата. Теорията следва концепция, която е поне основното свойство на часовника. Според теоретиците, последствията от това разсъждение могат да помогнат за създаването на "теория на всичко".

Концепцията за квантовото време не е нова. Модел на квантовата гравитация предлага времето да бъде квантовано и да има определен процент на тик. Този цикъл на тиктакане е универсалната минимална единица и никое времево измерение не може да бъде по-малко от това. Би било сякаш в основата на Вселената има поле, което определя минималната скорост на движение на всичко в нея, придавайки маса на други частици. В случая с този универсален часовник „вместо да дава маса, той ще даде време“, обяснява един физик, който предлага да квантува времето, Мартин Бойоуолд.

Симулирайки такъв универсален часовник, той и колегите му от Pennsylvania State College в Съединените щати показаха, че това ще направи разлика в изкуствените атомни часовници, които използват атомни вибрации, за да дадат най-точните известни резултати. измервания на времето. Според този модел атомният часовник (5) понякога не се синхронизира с универсалния часовник. Това би ограничило точността на измерване на времето до един атомен часовник, което означава, че два различни атомни часовника може да не съвпадат с дължината на изминалия период. Като се има предвид, че нашите най-добри атомни часовници са съгласувани един с друг и могат да измерват тиковете до 10-19 секунди или една десета от милиардната част от секундата, основната единица за време не може да бъде повече от 10-33 секунди. Това са заключенията на статия за тази теория, която се появи през юни 2020 г. в списанието Physical Review Letters.

5. Атомен часовник на базата на лутеций в Националния университет на Сингапур.

Тестването дали съществува такава основна единица време е извън нашите настоящи технологични възможности, но все пак изглежда по-достъпно от измерването на времето на Планк, което е 5,4 × 10–44 секунди.

Ефектът на пеперудата не работи!

Премахването на времето от квантовия свят или квантуването му може да има интересни последици, но нека бъдем честни, популярното въображение се движи от нещо друго, а именно пътуване във времето.

Преди около година професорът по физика от университета в Кънектикът Роналд Малет каза пред CNN, че е написал научно уравнение, което може да се използва като основа за машина в реално време. Той дори построи устройство, което да илюстрира ключов елемент от теорията. Той смята, че теоретично е възможно превръщане на времето в цикълкоето би позволило пътуване във времето в миналото. Той дори изгради прототип, показващ как лазерите могат да помогнат за постигането на тази цел. Трябва да се отбележи, че колегите на Малет не са убедени, че неговата машина на времето някога ще се материализира. Дори Малет признава, че идеята му е изцяло теоретична в този момент.

В края на 2019 г. New Scientist съобщи, че физиците Барак Шошани и Джейкъб Хаузер от Института по периметъра в Канада описват решение, при което човек може теоретично да пътува от новини към втория, преминаващ през дупка в пространство-време или тунел, както се казва, "математически възможен". Този модел предполага, че съществуват различни паралелни вселени, в които можем да пътуваме, и има сериозен недостатък - пътуването във времето не засяга собствената времева линия на пътниците. По този начин можете да влияете на други континууми, но този, от който започнахме пътуването, остава непроменен.

И тъй като сме в пространствено-времеви континууми, то с помощта на квантов компютър За да симулират пътуване във времето, учените наскоро доказаха, че няма "ефект на пеперудата" в квантовата сфера, както се вижда в много научнофантастични филми и книги. В експерименти на квантово ниво, увредена, привидно почти непроменена, сякаш реалността се лекува сама. Доклад по темата се появи това лято в Psysical Review Letters. „На квантовия компютър няма проблеми нито със симулирането на противоположната еволюция във времето, нито със симулирането на процеса на преместване на процеса обратно в миналото“, обясни Николай Синицин, теоретичен физик в Националната лаборатория в Лос Аламос и съавтор автор на изследването. работа. „Можем наистина да видим какво се случва със сложния квантов свят, ако се върнем назад във времето, добавим малко щети и се върнем назад. Откриваме, че нашият първичен свят е оцелял, което означава, че в квантовата механика няма ефект на пеперудата.“

Това е голям удар за нас, но и добра новина за нас. Пространствено-времевият континуум поддържа целостта, като не позволява на малки промени да го унищожат. Защо? Това е интересен въпрос, но малко по-различна тема от самото време.