Az idő rejtélye

Az idő mindig is probléma volt. Először is, még a legragyogóbb elméknek is nehéz volt megérteni, mi is az idő valójában. Ma, amikor úgy tűnik számunkra, hogy ezt valamennyire megértjük, sokan azt hiszik, hogy anélkül, legalábbis a hagyományos értelemben, kényelmesebb lesz.

"" Írta: Isaac Newton. Úgy vélte, hogy az időt csak matematikailag lehet igazán megérteni. Számára az egydimenziós abszolút idő és az Univerzum háromdimenziós geometriája az objektív valóság független és különálló aspektusai voltak, és az abszolút idő minden pillanatában az Univerzumban minden esemény egyidejűleg történt.

Speciális relativitáselméletével Einstein eltávolította a szimultán idő fogalmát. Elképzelése szerint az egyidejűség nem abszolút kapcsolat az események között: ami egyszerre van az egyik vonatkoztatási rendszerben, az nem feltétlenül lesz egyidejűleg a másikban.

Einstein időfelfogásának egyik példája a kozmikus sugarakból származó müon. Ez egy instabil szubatomi részecske, átlagos élettartama 2,2 mikroszekundum. A felső légkörben képződik, és bár arra számítunk, hogy csak 660 métert tesz meg (300 000 km/s fénysebességgel), mielőtt szétesik, az idődilatációs hatások lehetővé teszik, hogy a kozmikus müonok több mint 100 kilométert utazzanak a Föld felszínére. és tovább. . A Földhöz viszonyítva a müonok hosszabb ideig élnek nagy sebességük miatt.

1907-ben Einstein egykori tanára, Hermann Minkowski bevezette a teret és az időt mint. A téridő úgy viselkedik, mint egy jelenet, amelyben a részecskék egymáshoz képest mozognak az univerzumban. A téridő ezen változata azonban nem volt teljes (Lásd még: ). Nem foglalta magában a gravitációt egészen addig, amíg Einstein 1916-ban be nem vezette az általános relativitáselméletet. A téridő szövete folytonos, sima, megvetemedett és deformálódott az anyag és az energia jelenléte miatt (2). A gravitáció az univerzum görbülete, amelyet hatalmas testek és más energiaformák okoznak, és amely meghatározza a tárgyak útját. Ez a görbület dinamikus, az objektumok mozgása közben mozog. Ahogy John Wheeler fizikus mondja: "A téridő átveszi a tömeget azáltal, hogy megmondja neki, hogyan mozogjon, és a tömeg veszi át a téridőt azáltal, hogy megmondja, hogyan kell görbülni."

2. Einstein téridő

Az idő és a kvantumvilág

Az általános relativitáselmélet az idő múlását folyamatosnak és relatívnak, az idő múlását pedig univerzálisnak és abszolútnak tekinti a kiválasztott szeletben. Az 60-as években a korábban össze nem egyeztethető ötletek, a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet ötvözésére tett sikeres kísérlet az úgynevezett Wheeler-DeWitt egyenlethez vezetett, ami egy lépés az elmélet felé. kvantumgravitáció. Ez az egyenlet megoldott egy problémát, de létrehozott egy másikat. Az idő ebben az egyenletben nem játszik szerepet. Ez nagy vitához vezetett a fizikusok között, amit az idő problémájának neveznek.

Carlo Rovelli (3) egy modern olasz elméleti fizikusnak határozott véleménye van ebben a kérdésben. “ – írta az „Az idő titka” című könyvében.

3. Carlo Rovelli és könyve

Azok, akik egyetértenek a kvantummechanika koppenhágai értelmezésével, úgy vélik, hogy a kvantumfolyamatok engedelmeskednek a Schrödinger-egyenletnek, amely időben szimmetrikus, és egy függvény hullámösszeomlásából ered. Az entrópia kvantummechanikai változatában az entrópia megváltozásakor nem hő áramlik, hanem információ. Egyes kvantumfizikusok azt állítják, hogy megtalálták az idő nyílának eredetét. Azt mondják, hogy az energia eloszlik, és a tárgyak egymáshoz igazodnak, mert az elemi részecskék egymáshoz kötődnek, miközben kölcsönhatásba lépnek egy "kvantumösszefonódás" formájában. Einstein kollégáival, Podolskyval és Rosennel együtt ezt a magatartást lehetetlennek találta, mert ellentmond a helyi realista oksági nézetnek. Hogyan tudnak az egymástól távol elhelyezkedő részecskék egyszerre kölcsönhatásba lépni egymással – kérdezték.

1964-ben kifejlesztett egy kísérleti tesztet, amely megcáfolta Einsteinnek az úgynevezett rejtett változókra vonatkozó állításait. Ezért széles körben elterjedt az a vélemény, hogy az információ az összegabalyodott részecskék között mozog, potenciálisan gyorsabban, mint a fény. Amennyire tudjuk, az idő nem létezik összegabalyodott részecskék (4).

A jeruzsálemi Eli Megidish vezette Héber Egyetem fizikusainak egy csoportja 2013-ban arról számolt be, hogy sikerült összegabalyítaniuk azokat a fotonokat, amelyek időben nem léteztek együtt. Először, első lépésben létrehoztak egy összegabalyodott fotonpárt, az 1-2. Röviddel ezután megmérték az 1. foton polarizációját (a fény rezgésének irányát leíró tulajdonság) - ezáltal "megölték" (II. szakasz). A 2-es fotont útra küldték, és létrejött egy új, összegabalyodott 3-4 pár (III. lépés). Ezután a 3-as fotont a mozgó 2-es fotonnal együtt megmértük oly módon, hogy az összefonódási együttható a régi párokról (1-2 és 3-4) „változott” az új kombinált 2-3-ra (IV. lépés). Valamivel később (V. szakasz) megmérik az egyetlen túlélő 4-es foton polaritását, és az eredményeket összevetik a rég elhalt 1-es foton polarizációjával (a II. szakaszban). Eredmény? Az adatok kvantumkorrelációk jelenlétét tárták fel az 1. és 4. fotonok között, amelyek „időben nem lokálisak”. Ez azt jelenti, hogy az összefonódás két olyan kvantumrendszerben fordulhat elő, amelyek időben soha nem léteztek egymás mellett.

Megiddish és munkatársai csak találgatják eredményeik lehetséges értelmezéseit. Talán az 1. foton polarizációjának mérése a II. lépésben valahogyan irányítja a 4 jövőbeni polarizációját, vagy a 4. foton polarizációjának mérése az V. lépésben valahogy felülírja az 1. foton korábbi polarizációs állapotát. Előre és visszafelé is kvantumkorrelációk terjednek az egyik foton halála és egy másik születése közötti ok-okozati űrre.

Mit jelent ez makro skálán? A tudósok a lehetséges következményekről tárgyalva arról beszélnek, hogy a csillagfény-megfigyeléseink valamilyen módon meghatározták a fotonok polarizációját 9 milliárd évvel ezelőtt.

Az amerikai és kanadai fizikusok párja, Matthew S. Leifer a kaliforniai Chapman Egyetemről és Matthew F. Pusey, az ontariói Perimeter Institute for Theoretical Physics munkatársa néhány éve észrevette, hogy ha nem ragaszkodunk ahhoz, hogy Einstein. A részecskéken végzett mérések tükröződhetnek a múltban és a jövőben is, ami ebben a helyzetben irrelevánssá válik. Néhány alapfeltevés újrafogalmazása után a tudósok Bell tételén alapuló modellt dolgoztak ki, amelyben a teret idővé alakítják. Számításaik azt mutatják, hogy ha feltételezzük, hogy az idő mindig előttünk van, miért botlunk az ellentmondásokba.

Carl Rovelli szerint emberi időérzékelésünk elválaszthatatlanul összefügg a hőenergia viselkedésével. Miért csak a múltat ​​ismerjük, a jövőt nem? A tudós szerint a kulcs a hő egyirányú áramlása a melegebb tárgyakról a hidegebbekre. Egy forró csésze kávéba dobott jégkocka lehűti a kávét. De a folyamat visszafordíthatatlan. Az ember, mint egyfajta „termodinamikai gépezet”, ezt az időnyilat követi, és képtelen más irányt megérteni. „De ha egy mikroszkopikus állapotot figyelek meg – írja Rovelli –, a múlt és a jövő közötti különbség eltűnik… a dolgok elemi nyelvtanában nincs különbség ok és okozat között.

Kvantumtörtekben mért idő

Vagy talán az idő kvantifikálható? Egy nemrégiben megjelent új elmélet azt sugallja, hogy a legkisebb elképzelhető időintervallum nem haladhatja meg a másodperc egymilliárd részét. Az elmélet egy olyan koncepciót követ, amely legalább egy karóra alapvető tulajdonsága. A teoretikusok szerint ennek az érvelésnek a következményei segíthetnek létrehozni egy „mindenről szóló elméletet”.

A kvantumidő fogalma nem újkeletű. A kvantumgravitáció modellje azt javasolja, hogy az idő kvantifikált legyen, és legyen egy bizonyos tickési arány. Ez a ketyegő ciklus az univerzális minimális mértékegység, és egyetlen idődimenzió sem lehet ennél kisebb. Olyan lenne, mintha az univerzum alapjain lenne egy mező, amely meghatározza minden benne lévő minimális mozgási sebességet, tömeget adva más részecskéknek. Az univerzális óra esetében "a tömeg megadása helyett időt ad" - magyarázza egy fizikus, aki az idő kvantálását javasolja, Martin Bojowald.

Egy ilyen univerzális óra szimulálásával ő és kollégái az Egyesült Államokban, a Pennsylvania State College-ban megmutatták, hogy ez megváltoztatja a mesterséges atomórákat, amelyek atomrezgéseket használnak az ismert legpontosabb eredmények eléréséhez. időmérések. E modell szerint az atomóra (5) néha nem szinkronizált az univerzális órával. Ez az időmérés pontosságát egyetlen atomórára korlátozná, ami azt jelenti, hogy két különböző atomóra esetleg nem egyezik meg az eltelt periódus hosszával. Tekintettel arra, hogy legjobb atomóráink konzisztensek egymással, és 10-19 másodpercig, vagy a másodperc egytizedmilliárd részéig képesek mérni a ketyegést, az idő alapegysége nem lehet több 10-33 másodpercnél. Ezek a következtetések egy, az elméletről szóló cikkből, amely 2020 júniusában jelent meg a Physical Review Letters folyóiratban.

5. Lutécium alapú atomóra a Szingapúri Nemzeti Egyetemen.

Annak tesztelése, hogy létezik-e ilyen alapidőegység, meghaladja jelenlegi technológiai lehetőségeinket, de még mindig elérhetőbbnek tűnik, mint a Planck-idő mérése, amely 5,4 × 10–44 másodperc.

A pillangó effektus nem működik!

Érdekes következményekkel járhat az idő eltávolítása a kvantumvilágból, vagy kvantálása, de valljuk meg őszintén, a népi képzeletet más is mozgatja, mégpedig az időutazás.

Körülbelül egy évvel ezelőtt a Connecticuti Egyetem fizikaprofesszora, Ronald Mallett elmondta a CNN-nek, hogy írt egy tudományos egyenletet, amely alapul szolgálhatna valós idejű gép. Még egy eszközt is épített az elmélet kulcsfontosságú elemének illusztrálására. Úgy véli, hogy ez elméletileg lehetséges az időt hurokká alakítvaamely lehetővé tenné az időutazást a múltba. Még egy prototípust is épített, amely bemutatja, hogyan segíthetik a lézerek ezt a célt. Meg kell jegyezni, hogy Mallett kollégái nincsenek meggyőződve arról, hogy az időgépe valaha is megvalósul. Még Mallett is elismeri, hogy elképzelése ezen a ponton teljesen elméleti.

2019 végén a New Scientist arról számolt be, hogy Barak Shoshani és Jacob Hauser, a kanadai Perimeter Institute fizikusai olyan megoldást írtak le, amellyel elméletileg egy személy utazhat hírcsatorna a másodikra, elmúlva egy lyukon keresztül téridő vagy egy alagút, ahogy mondják, "matematikailag lehetséges". Ez a modell azt feltételezi, hogy különböző párhuzamos univerzumok léteznek, amelyekben utazhatunk, és van egy komoly hátránya - az időutazás nem befolyásolja az utazók saját idővonalát. Így más kontinuumokat is befolyásolhat, de az, amelyikről indultunk, változatlan marad.

És mivel tér-idő kontinuumban vagyunk, akkor a segítségével kvantumszámítógép Az időutazás szimulálására a tudósok a közelmúltban bebizonyították, hogy a kvantum birodalmában nincs "pillangóeffektus", amint az számos tudományos-fantasztikus filmben és könyvben látható. A kvantumszintű kísérletekben sérült, szinte változatlannak tűnő, mintha a valóság meggyógyulna. A témáról idén nyáron jelent meg egy tanulmány a Psysical Review Letters-ben. „A kvantumszámítógépen nincs probléma sem az ellentétes időbeni evolúció szimulálásával, sem a folyamat múltba való visszahelyezésének szimulálásával” – magyarázta Mikolay Sinitsyn, a Los Alamos Nemzeti Laboratórium elméleti fizikusa. a tanulmány szerzője. Munka. „Valóban láthatjuk, mi történik a bonyolult kvantumvilággal, ha visszamegyünk az időben, hozzáadunk némi sebzést és visszamegyünk. Azt tapasztaljuk, hogy ősvilágunk megmaradt, ami azt jelenti, hogy a kvantummechanikában nincs pillangóeffektus.”

Ez nagy csapás számunkra, de egyben jó hír is számunkra. A tér-idő kontinuum megőrzi az integritást, nem engedi, hogy apró változások elpusztítsák azt. Miért? Ez egy érdekes kérdés, de kicsit más téma, mint maga az idő.