Raaisel van tyd
Tyd was nog altyd 'n probleem. Eerstens was dit moeilik vir selfs die mees briljante geeste om te verstaan wat tyd werklik was. Vandag, wanneer dit vir ons lyk of ons dit tot 'n mate verstaan, glo baie dat daarsonder, ten minste in die tradisionele sin, dit gemakliker sal wees.
"" Geskryf deur Isaac Newton. Hy het geglo dat tyd net werklik wiskundig verstaan kan word. Vir hom was eendimensionele absolute tyd en die driedimensionele meetkunde van die Heelal onafhanklike en afsonderlike aspekte van objektiewe werklikheid, en op elke oomblik van absolute tyd het alle gebeure in die Heelal gelyktydig plaasgevind.
Met sy spesiale relatiwiteitsteorie het Einstein die konsep van gelyktydige tyd verwyder. Volgens sy idee is gelyktydigheid nie 'n absolute verhouding tussen gebeure nie: wat gelyktydig in een verwysingsraamwerk is, sal nie noodwendig gelyktydig in 'n ander wees nie.
'n Voorbeeld van Einstein se begrip van tyd is die muon van kosmiese strale. Dit is 'n onstabiele subatomiese deeltjie met 'n gemiddelde leeftyd van 2,2 mikrosekondes. Dit vorm in die boonste atmosfeer, en hoewel ons verwag dat dit slegs 660 meter (teen die spoed van lig 300 000 km/s) sal beweeg voordat dit disintegreer, laat tydverwyderingseffekte kosmiese muone toe om meer as 100 kilometer na die Aarde se oppervlak te reis. en verder. . In 'n verwysingsraamwerk met die Aarde leef muone langer as gevolg van hul hoë spoed.
In 1907 het Einstein se voormalige onderwyser Hermann Minkowski ruimte en tyd as. Ruimtetyd gedra hulle soos 'n toneel waarin deeltjies relatief tot mekaar in die heelal beweeg. Hierdie weergawe van ruimtetyd was egter onvolledig (sien ook: ). Dit het nie swaartekrag ingesluit nie totdat Einstein algemene relatiwiteit in 1916 ingestel het. Die stof van ruimte-tyd is kontinu, glad, krom en vervorm deur die teenwoordigheid van materie en energie (2). Swaartekrag is die kromming van die heelal, wat veroorsaak word deur massiewe liggame en ander vorme van energie, wat die pad bepaal wat voorwerpe neem. Hierdie kromming is dinamies en beweeg soos voorwerpe beweeg. Soos fisikus John Wheeler sê: "Ruimtetyd neem massa oor deur dit te vertel hoe om te beweeg, en massa neem ruimtetyd oor deur dit te vertel hoe om te krom."
2. Einstein se ruimte-tyd
Tyd en die kwantumwêreld
Die algemene relatiwiteitsteorie beskou die verloop van tyd as kontinu en relatief, en beskou die verloop van tyd as universeel en absoluut in die geselekteerde sny. In die 60's het 'n suksesvolle poging om voorheen onversoenbare idees, kwantummeganika en algemene relatiwiteit te kombineer gelei tot wat bekend staan as die Wheeler-DeWitt-vergelyking, 'n stap na 'n teorie kwantum swaartekrag. Hierdie vergelyking het een probleem opgelos, maar 'n ander geskep. Tyd speel geen rol in hierdie vergelyking nie. Dit het gelei tot 'n groot kontroversie onder fisici, wat hulle die probleem van tyd noem.
Carlo Rovelli (3), 'n moderne Italiaanse teoretiese fisikus het 'n besliste mening oor hierdie saak. ", het hy in die boek "The Secret of Time" geskryf.
3. Carlo Rovelli en sy boek
Diegene wat saamstem met die Kopenhagen-interpretasie van kwantummeganika, glo dat kwantumprosesse die Schrödinger-vergelyking gehoorsaam, wat simmetries is in tyd en spruit uit die golf ineenstorting van 'n funksie. In die kwantummeganiese weergawe van entropie, wanneer entropie verander, is dit nie hitte wat vloei nie, maar inligting. Sommige kwantumfisici beweer dat hulle die oorsprong van die pyl van tyd gevind het. Hulle sê dat energie verdwyn en voorwerpe in lyn is omdat elementêre deeltjies bind wanneer hulle interaksie het in 'n vorm van "kwantumverstrengeling." Einstein, saam met sy kollegas Podolsky en Rosen, het sulke gedrag as onmoontlik beskou omdat dit die plaaslike realistiese siening van oorsaaklikheid weerspreek het. Hoe kan deeltjies wat ver van mekaar geleë is gelyktydig met mekaar in wisselwerking tree, het hulle gevra.
In 1964 het hy 'n eksperimentele toets ontwikkel wat Einstein se aansprake oor sogenaamde verborge veranderlikes weerlê het. Daarom word daar algemeen geglo dat inligting wel tussen verstrengelde deeltjies beweeg, moontlik vinniger as wat lig kan beweeg. Sover ons weet bestaan daar nie tyd vir verstrengelde deeltjies (4).
’n Groep fisici aan die Hebreeuse Universiteit onder leiding van Eli Megidish in Jerusalem het in 2013 berig dat hulle daarin geslaag het om fotone te verstrengel wat nie betyds saam bestaan het nie. Eerstens het hulle in die eerste stap 'n verstrengelde paar fotone geskep, 1-2. Kort daarna het hulle die polarisasie van foton 1 ('n eienskap wat die rigting waarin lig ossilleer beskryf) gemeet – en daardeur "doodgemaak" (stadium II). Foton 2 is op 'n reis gestuur, en 'n nuwe verstrengelde paar 3-4 is gevorm (stap III). Foton 3 is toe saam met die bewegende foton 2 gemeet op so 'n manier dat die verstrengelingskoëffisiënt "verander" het van die ou pare (1-2 en 3-4) na die nuwe gekombineerde 2-3 (stap IV). ’n Tyd later (stadium V) word die polariteit van die enigste oorlewende foton 4 gemeet en die resultate word vergelyk met die polarisasie van die lank-dooie foton 1 (terug in stadium II). Resultaat? Die data het die teenwoordigheid van kwantumkorrelasies tussen fotone 1 en 4, "tydelik nie-plaaslik" geopenbaar. Dit beteken dat verstrengeling kan voorkom in twee kwantumstelsels wat nog nooit in tyd saambestaan het nie.
Megiddish en sy kollegas kan nie anders as om te spekuleer oor moontlike interpretasies van hul resultate nie. Miskien rig die meting van die polarisasie van foton 1 in stap II op een of ander manier die toekomstige polarisasie van 4, of die meting van die polarisasie van foton 4 in stap V herskryf op een of ander manier die vorige polarisasietoestand van foton 1. Beide vorentoe en agtertoe, kwantumkorrelasies voortplant. tot die kousale leemte tussen die dood van een foton en die geboorte van 'n ander.
Wat beteken dit op 'n makroskaal? Wetenskaplikes, wat die moontlike implikasies bespreek, praat oor die moontlikheid dat ons waarnemings van sterlig op een of ander manier die polarisasie van fotone 9 miljard jaar gelede bepaal het.
’n Paar Amerikaanse en Kanadese fisici, Matthew S. Leifer van Chapman Universiteit in Kalifornië en Matthew F. Pusey van die Perimeter Institute for Theoretical Physics in Ontario, het ’n paar jaar gelede opgemerk dat as ons nie by die feit hou dat Einstein. Metings wat op 'n deeltjie gemaak word, kan in die verlede en toekoms weerspieël word, wat in hierdie situasie irrelevant word. Nadat hulle 'n paar basiese aannames herformuleer het, het die wetenskaplikes 'n model ontwikkel wat gebaseer is op Bell se stelling, waarin ruimte in tyd omskep word. Hul berekeninge wys hoekom, as ons aanvaar dat tyd altyd voor is, ons oor teenstrydighede struikel.
Volgens Carl Rovelli is ons menslike persepsie van tyd onlosmaaklik gekoppel aan hoe termiese energie optree. Hoekom ken ons net die verlede en nie die toekoms nie? Die sleutel, volgens die wetenskaplike, eenrigting vloei van hitte van warmer voorwerpe na kouers. 'n Ysblokkie wat in 'n warm koppie koffie gegooi word, koel die koffie af. Maar die proses is onomkeerbaar. Die mens, as 'n soort "termodinamiese masjien", volg hierdie pyl van tyd en is nie in staat om 'n ander rigting te verstaan nie. "Maar as ek 'n mikroskopiese toestand waarneem," skryf Rovelli, "verdwyn die verskil tussen verlede en toekoms ... in die elementêre grammatika van dinge is daar geen onderskeid tussen oorsaak en gevolg nie."
Tyd gemeet in kwantumbreuke
Of kan tyd dalk gekwantiseer word? 'n Nuwe teorie wat onlangs opduik, dui daarop dat die kleinste denkbare tydsinterval nie een miljoenste van 'n biljoenste van 'n biljoenste van 'n sekonde kan oorskry nie. Die teorie volg 'n konsep wat ten minste die basiese eienskap van 'n horlosie is. Volgens teoretici kan die gevolge van hierdie redenasie help om ’n “teorie van alles” te skep.
Die konsep van kwantumtyd is nie nuut nie. Model van kwantumswaartekrag stel voor dat tyd gekwantiseer word en 'n sekere regmerkkoers het. Hierdie tiksiklus is die universele minimum eenheid, en geen tyddimensie kan minder as dit wees nie. Dit sou wees asof daar 'n veld by die grondslag van die heelal was wat die minimum spoed van alles daarin bepaal, wat massa aan ander deeltjies gee. In die geval van hierdie universele horlosie, "in plaas daarvan om massa te gee, sal dit tyd gee," verduidelik een fisikus wat voorstel om tyd te kwantifiseer, Martin Bojowald.
Deur so 'n universele horlosie te simuleer, het hy en sy kollegas by Pennsylvania State College in die Verenigde State gewys dat dit 'n verskil sal maak in kunsmatige atoomhorlosies, wat atoomvibrasies gebruik om die mees akkurate resultate bekend te lewer. tydmetings. Volgens hierdie model het die atoomhorlosie (5) soms nie met die universele horlosie gesinchroniseer nie. Dit sal die akkuraatheid van tydmeting beperk tot 'n enkele atoomhorlosie, wat beteken dat twee verskillende atoomhorlosies dalk nie ooreenstem met die lengte van die verloop van die tydperk nie. Aangesien ons beste atoomhorlosies met mekaar ooreenstem en bosluise tot 10-19 sekondes kan meet, of een tiende van 'n biljoenste van 'n biljoenste van 'n sekonde, kan die basiese eenheid van tyd nie meer as 10-33 sekondes wees nie. Dit is die gevolgtrekkings van 'n artikel oor hierdie teorie wat in Junie 2020 in die joernaal Physical Review Letters verskyn het.
5. Lutetium-gebaseerde atoomhorlosie by die Nasionale Universiteit van Singapoer.
Om te toets of so 'n basiseenheid van tyd bestaan, is buite ons huidige tegnologiese vermoëns, maar dit lyk steeds meer toeganklik as om Planck-tyd te meet, wat 5,4 × 10–44 sekondes is.
Die skoenlapper effek werk nie!
Om tyd uit die kwantumwêreld te verwyder of dit te kwantifiseer kan interessante gevolge hê, maar kom ons wees eerlik, die populêre verbeelding word deur iets anders gedryf, naamlik tydreise.
Ongeveer 'n jaar gelede het die Universiteit van Connecticut fisika professor Ronald Mallett aan CNN gesê dat hy 'n wetenskaplike vergelyking geskryf het wat gebruik kan word as basis vir intydse masjien. Hy het selfs 'n toestel gebou om 'n sleutelelement van die teorie te illustreer. Hy glo dat dit teoreties moontlik is om tyd in 'n lus te maakwat tydreise na die verlede sal toelaat. Hy het selfs 'n prototipe gebou wat wys hoe lasers kan help om hierdie doel te bereik. Daar moet kennis geneem word dat Mallett se kollegas nie oortuig is dat sy tydmasjien ooit sal realiseer nie. Selfs Mallett erken dat sy idee op hierdie stadium heeltemal teoreties is.
Aan die einde van 2019 het New Scientist berig dat fisici Barak Shoshani en Jacob Hauser van die Perimeter Institute in Kanada 'n oplossing beskryf het waarin 'n persoon teoreties van een af kan reis. nuusvoer na die tweede, verby deur 'n gat in ruimtetyd of 'n tonnel, soos hulle sê, "wiskundig moontlik". Hierdie model neem aan dat daar verskillende parallelle heelalle is waarin ons kan reis, en het 'n ernstige nadeel - tydreise beïnvloed nie die reisigers se eie tydlyn nie. Op hierdie manier kan jy ander kontinuums beïnvloed, maar die een waarvandaan ons die reis begin het, bly onveranderd.
En aangesien ons in ruimte-tyd continua is, dan met die hulp van kwantumrekenaar Om tydreise te simuleer, het wetenskaplikes onlangs bewys dat daar geen "vlinder-effek" in die kwantumryk is nie, soos gesien in baie wetenskapfiksiefilms en -boeke. In eksperimente op kwantumvlak, beskadig, skynbaar amper onveranderd, asof die werklikheid homself genees. 'n Referaat oor die onderwerp het hierdie somer in Psysical Review Letters verskyn. "Op 'n kwantumrekenaar is daar geen probleme met die simulering van die teenoorgestelde evolusie in tyd, of met die simulering van die proses om die proses terug te beweeg na die verlede nie," verduidelik Mikolay Sinitsyn, 'n teoretiese fisikus by die Los Alamos Nasionale Laboratorium en mede- skrywer van die studie. Werk. “Ons kan regtig sien wat met die komplekse kwantumwêreld gebeur as ons teruggaan in tyd, skade byvoeg en teruggaan. Ons vind dat ons oerwêreld oorleef het, wat beteken dat daar geen skoenlapper-effek in kwantummeganika is nie.”
Dit is 'n groot slag vir ons, maar ook goeie nuus vir ons. Die ruimte-tyd kontinuum handhaaf integriteit en laat nie toe dat klein veranderinge dit vernietig nie. Hoekom? Dit is 'n interessante vraag, maar 'n effens ander onderwerp as die tyd self.
