Загадка часу
Праблема часу заўсёды была праблемай. Па-першае, нават выбітным розумам было цяжка зразумець, што такое час насамрэч. Сёння, калі нам здаецца, што мы ў нейкай меры гэта разумеем, многія лічаць, што без яе, прынамсі, у традыцыйным разуменні, будзе больш камфортна.
«» Напісаў Ісаак Ньютан. Ён лічыў, што час можна па-сапраўднаму зразумець толькі матэматычна. Для яго аднамерны абсалютны час і трохмерная геаметрыя Сусвету былі самастойнымі і асобнымі аспектамі аб'ектыўнай рэальнасці, і ў кожны момант абсалютнага часу ўсе падзеі ў Сусвеце адбываліся адначасова.
З дапамогай сваёй спецыяльнай тэорыі адноснасці Эйнштэйн пазбавіў паняцце адначасовага часу. Згодна з яго ідэяй, адначасовасць не з'яўляецца абсалютным стаўленнем паміж падзеямі: тое, што адначасова ў адной сістэме адліку, не абавязкова будзе адначасова ў іншай.
Прыкладам разумення часу Эйнштэйнам з'яўляецца мюон з касмічных прамянёў. Гэта нестабільная субатамная часціца з сярэднім часам жыцця 2,2 мікрасекунды. Ён фармуецца ў верхніх пластах атмасферы, і хоць мы чакаем, што ён праляціць усяго 660 метраў (пры хуткасці святла 300 000 км/з) да распаду, эфекты запаволення часу дазваляюць касмічным мюонам праляцець больш за 100 кіламетраў да паверхні Зямлі. і далей. . У сістэме адліку з Зямлёй мюоны жывуць даўжэй з-за іх высокай хуткасці.
У 1907 годзе былы настаўнік Эйнштэйна Герман Мінкоўскі прадставіў прастору і час як. Прастора-час паводзіць сябе як сцэна, у якой часціцы рухаюцца ў Сусвеце адносна адна адной. Аднак гэтая вэрсія прасторы-часу была няпоўнай (глядзіце таксама: ). Яна не ўключала гравітацыю, пакуль Эйнштэйн не прадставіў агульную тэорыю рэлятыўнасці ў 1916 годзе. Тканіна прасторы-часу бесперапынная, гладкая, скрыўлена і дэфармаваная прысутнасцю матэрыі і энергіі (2). Гравітацыя - гэта скрыўленне Сусвету, выкліканае масіўнымі целамі і іншымі формамі энергіі, якое вызначае шлях, па якім рухаюцца аб'екты. Гэтая крывізна з'яўляецца дынамічнай, якая рухаецца па меры руху аб'ектаў. Як кажа фізік Джон Уілер, "прастора-час захоплівае масу, паказваючы ёй, як рухацца, а маса захоплівае прастору-час, паказваючы яму, як перакрыўляцца".
2. Прастора-час Эйнштэйна
Час і квантавы свет
Агульная тэорыя адноснасці лічыць плынь часу бесперапынным і адносным, а плынь часу лічыць універсальным і абсалютным у абраным зрэзе. У 60-х гадах паспяховая спроба аб'яднаць раней несумяшчальныя ідэі, квантавую механіку і агульную тэорыю адноснасці прывяла да таго, што вядома як раўнанне Уілера-Дэ-Віта, крок да тэорыі. квантавая гравітацыя. Гэтае раўнанне вырашыла адну праблему, але стварыла іншую. Час не гуляе ніякай ролі ў гэтым раўнанні. Гэта прывяло да вялікай спрэчкі сярод фізікаў, якія яны называюць праблемай часу.
Карла Равелі (3), у сучаснага італьянскага фізіка-тэарэтыка ёсць пэўнае меркаванне з гэтай нагоды. “, – напісаў ён у кнізе “Таямніца часу”.
3. Карла Ровеллі і яго кніга
Тыя, хто згодны з капенгагенскай інтэрпрэтацыяй квантавай механікі, лічаць, што квантавыя працэсы падпарадкоўваюцца раўнанню Шрэдынгера, якое сіметрычна ў часе і ўзнікае з хвалевага калапсу функцыі. У квантавамеханічнай версіі энтрапіі пры змене энтрапіі цячэ не цеплыня, а інфармацыя. Некаторыя квантавыя фізікі сцвярджаюць, што знайшлі першакрыніцу стрэлы часу. Яны кажуць, што энергія рассейваецца, а аб'екты выраўноўваюцца, таму што элементарныя часціцы звязваюцца пры ўзаемадзеянні ў форме "квантавай заблытанасці". Эйнштэйн разам са сваімі калегамі Падольску і Розенам палічыў такія паводзіны немагчымымі, паколькі яны супярэчаць лакальнаму рэалістычнаму погляду на прычынна-выніковую сувязь. Як могуць часціцы, размешчаныя ўдалечыні адзін ад аднаго, адразу ўзаемадзейнічаць адзін з адным, пыталіся яны.
У 1964 годзе ён распрацаваў эксперыментальны тэст, які абверг сцвярджэнні Эйнштэйна аб так званым схаваныя зменныя. Такім чынам, распаўсюджана меркаванне, што інфармацыя сапраўды распаўсюджваецца паміж заблытанымі часціцамі, патэнцыйна хутчэй, чым можа рухацца святло. Наколькі нам вядома, час не існуе для заблытаныя часціцы (4).
Група фізікаў з Яўрэйскага ўніверсітэта пад кіраўніцтвам Элі Мегідыша ў Іерусаліме паведаміла ў 2013 годзе, што ім удалося заблытаць фатоны, якія не суіснавалі ў часе. Па-першае, на першым этапе яны стварылі заблытаную пару фатонаў, 1-2. Неўзабаве пасля гэтага яны вымералі палярызацыю фатона 1 (уласцівасць, якое апісвае кірунак ваганні святла) - тым самым «забіўшы» яго (этап II). Фатон 2 быў адпраўлены ў падарожжа, а ўтварылася новая заблытаная пара 3-4 (крок III). Затым фатон 3 вымяраўся разам з вандроўным фатонам 2 такім чынам, каб каэфіцыент заблытанасці "змяняўся" са старых пар (1-2 і 3-4) на новы камбінаваны 2-3 (крок IV). Некаторы час праз (этап V) вымяраецца палярнасць адзінага які выжыў фатона 4, і вынікі параўноўваюцца з палярызацыяй даўно мёртвага фатона 1 (назад на этапе II). Вынік? Дадзеныя выявілі наяўнасць квантавых карэляцый паміж фатонамі 1 і 4, "часова нелакальнымі". Гэта азначае, што заблытанасць можа ўзнікнуць у двух квантавых сістэмах, якія ніколі не суіснавалі ў часе.
Мегідыш і яго калегі не могуць не разважаць аб магчымых інтэрпрэтацыях іх вынікаў. Магчыма, вымярэнне палярызацыі фатона 1 на кроку II нейкім чынам накіроўвае будучую палярызацыю 4, або вымярэнне палярызацыі фатона 4 на кроку V нейкім чынам перапісвае папярэдні стан палярызацыі фатона 1. Як у прамым, так і ў зваротным напрамку квантавыя карэляцыі распаўсюджваюцца на прычынная пустата паміж смерцю аднаго фатона і нараджэннем другога.
Што гэта можа азначаць у макрамаштабе? Навукоўцы, абмяркоўваючы магчымыя наступствы, гавораць аб магчымасці таго, што нашы назіранні за зорным святлом нейкім чынам прадыктавалі палярызацыю фатонаў 9 мільярдаў гадоў таму.
Пара амерыканскіх і канадскіх фізікаў, Мэцью С. Лейфер з Універсітэта Чэпмена ў Каліфорніі і Мэцью Ф. Пьюзі з Перыметровага інстытута тэарэтычнай фізікі ў Антарыё, некалькі гадоў таму заўважылі, што калі мы не будзем прытрымлівацца таго факту, што Эйнштэйн. Вымярэнні, праведзеныя на часціцы, могуць адбіцца ў мінулым і будучыні, што ў гэтай сітуацыі становіцца неактуальным. Перафармуляваўшы некаторыя базавыя здагадкі, навукоўцы распрацавалі мадэль, заснаваную на тэарэме Бэла, у якой прастора пераўтворыцца ў час. Іх разлікі паказваюць, чаму, мяркуючы, што час заўсёды наперадзе, мы спатыкаемся аб супярэчнасці.
Згодна з Карлу Ровеллі, наша чалавечае ўспрыманне часу непарыўна звязана з тым, як паводзіць сябе цеплавая энергія. Чаму мы ведаем толькі мінулае, а не будучыню? Ключ, як мяркуе вучоны, аднанакіраваны струмень цяпла ад цяплейшых аб'ектаў да халаднейшых. Кубік лёду, кінуты ў гарачую кубак кавы, астуджае каву. Але працэс незваротны. Чалавек, як нейкая «тэрмадынамічная машына», варта гэтай страле часу і не ў стане зразумець іншы напрамак. "Але калі я назіраю мікраскапічнае стан, – піша Ровеллі, – розніца паміж мінулым і будучыняй знікае… у элементарнай граматыцы рэчаў няма адрознення паміж прычынай і следствам".
Час, які вымяраецца ў квантавых долях
Ці, можа, час можна квантаваць? Нядаўна якая з'явілася новая тэорыя мяркуе, што найменшы мажлівы інтэрвал часу не можа перавышаць адну мільённую мільярднай мільярднай дзелі секунды. Тэорыя варта канцэпцыі, якая, прынамсі, з'яўляецца асноўнай уласцівасцю гадзін. На думку тэарэтыкаў, наступствы гэтай развагі могуць дапамагчы ў стварэнні "тэорыі за ўсё".
Канцэпцыя квантавага часу не новая. Мадэль квантавай гравітацыі прапануе, каб час было квантавана і мела пэўную хуткасць цікання. Гэты цікае цыкл з'яўляецца ўніверсальнай мінімальнай адзінкай, і ніводнае вымярэнне часу не можа быць менш гэтага. Гэта было б так, як калі б у падставе Сусвету існавала поле, якое вызначае мінімальную хуткасць руху ўсяго ў ёй, якое надае масу іншым часціцам. У выпадку з гэтымі ўніверсальнымі гадзінамі «замест таго, каб даваць масу, яны будуць даваць час», тлумачыць адзін фізік, які прапануе квантаваць час, Марцін Баёвальд.
Змадэліраваўшы такія ўніверсальныя гадзіны, ён і яго калегі з Пенсільванскага дзяржаўнага каледжа ЗША паказалі, што гэта будзе мець значэнне для штучных атамных гадзін, якія выкарыстоўваюць атамныя ваганні для атрымання найбольш дакладных вядомых вынікаў. вымярэння часу. Згодна з гэтай мадэлі, ход атамных гадзін (5) часам не сінхранізаваўся з ходам універсальных гадзін. Гэта абмежавала б дакладнасць вымярэння часу адным атамным гадзіннікам, а гэта азначае, што дзве розныя атамныя гадзіны могуць у канчатковым выніку не супадаць па працягласці мінулага перыяду. Улічваючы, што нашы лепшыя атамныя гадзіны адпавядаюць адзін з адным і могуць вымяраць цікі да 10-19 секунд, або адной дзясятай мільярднай мільярднай долі секунды, асноўная адзінка часу не можа быць больш за 10-33 секунд. Такія высновы артыкула па гэтай тэорыі, якая з'явілася ў чэрвені 2020 года ў часопісе "Physical Review Letters".
5. Атамныя гадзіны на аснове лютэцыя ў Нацыянальным універсітэце Сінгапура.
Праверка таго, ці існуе такая базавая адзінка часу, выходзіць за рамкі нашых цяперашніх тэхналагічных магчымасцей, але ўсё ж здаецца больш даступнай, чым вымярэнне планкаўскага часу, які складае 5,4 × 10–44 секунды.
Эфект матылі не працуе!
Выдаленне часу з квантавага свету або яго квантаванне - гэта можа мець цікавыя наступствы, але будзем сумленныя, масавае ўяўленне рухае чымсьці іншым, а менавіта падарожжамі ў часе.
Каля года таму прафесар фізікі Універсітэта Канэктыкута Рональд Маллет паведаміў CNN, што напісаў навуковае раўнанне, якое можна выкарыстоўваць у якасці асновы для машына рэальнага часу. Ён нават пабудаваў прыладу, каб праілюстраваць ключавы элемент тэорыі. Ён лічыць, што тэарэтычна магчыма ператвараючы час у пятлюшто дазволіла б падарожнічаць у часе ў мінулае. Ён нават пабудаваў прататып, які паказвае, як лазеры могуць дапамагчы ў дасягненні гэтай мэты. Варта адзначыць, што калегі Маллета не ўпэўненыя, што яго машына часу калі-небудзь матэрыялізуецца. Нават Маллет прызнае, што яго ідэя на дадзены момант цалкам тэарэтычная.
У канцы 2019 года New Scientist паведаміў, што фізікі Барак Шошані і Джэйкаб Хаўзэр з Інстытута перыметра ў Канадзе апісалі рашэнне, у якім чалавек тэарэтычна можа падарожнічаць з аднаго. Стужка навінаў да другога, праходзячы праз адтуліну ў прастора-час або тунэль, як яны кажуць, "матэматычна магчымы". Гэтая мадэль мяркуе наяўнасць розных паралельных сусветаў, у якіх мы можам перамяшчацца, і мае сур'ёзны недахоп - падарожжы ў часе не ўплываюць на ўласную часовую шкалу падарожнікаў. Такім чынам, вы можаце ўплываць на іншыя кантынуумы, але той, з якога мы пачалі вандраванне, застаецца нязменным.
А так як мы знаходзімся ў прасторава-часавых кантынуумах, то з дапамогай квантавы кампутар Каб змадэляваць падарожжа ў часе, навукоўцы нядаўна даказалі, што ў квантавай сферы няма "эфекту матыля", які можна ўбачыць у многіх навукова-фантастычных фільмах і кнігах. У эксперыментах на квантавым узроўні, пашкоджаныя, уяўныя амаль нязменнымі, як быццам рэальнасць вылечвае сябе. Праца на гэтую тэму з'явілася гэтым летам у "Psysical Review Letters". "На квантавым кампутары няма праблем ні з сімуляцыяй процілеглай эвалюцыі ў часе, ні з сімуляцыяй працэсу зрушэння працэсу назад у мінулае", – растлумачыў Мікалай Сініцын, фізік-тэарэтык з Лос-Аламоскай нацыянальнай лабараторыі і суаўтар даследавання. працуй. «Мы сапраўды можам убачыць, што адбываецца са складаным квантавым светам, калі вернемся назад у часе, дадамо крыху пашкоджанняў і вернемся назад. Мы выяўляем, што наш першабытны свет уцалеў, а значыць, у квантавай механіцы няма эфекту матыля».
Гэта вялікі ўдар для нас, але, магчыма, і добрая навіна для нас. Прасторава-часавы кантынуум захоўвае цэласнасць, не дазваляючы невялікім зменам яго разбурыць. Чаму? Гэта цікавае пытанне, але крыху іншая тэма, чым час як такі.
