Laika mīkla
Laiks vienmēr ir bijis problēma. Pirmkārt, pat izcilākajiem prātiem bija grūti saprast, kas īsti ir laiks. Šodien, kad mums šķiet, ka mēs to zināmā mērā saprotam, daudzi uzskata, ka bez tā, vismaz tradicionālā izpratnē, būs ērtāk.
"" Rakstījis Īzaks Ņūtons. Viņš uzskatīja, ka laiku var īsti saprast tikai matemātiski. Viņam viendimensionālais absolūtais laiks un Visuma trīsdimensiju ģeometrija bija neatkarīgi un atsevišķi objektīvās realitātes aspekti, un katrā absolūtā laika momentā visi notikumi Visumā notika vienlaicīgi.
Ar savu īpašo relativitātes teoriju Einšteins noņēma vienlaicīga laika jēdzienu. Saskaņā ar viņa ideju vienlaicība nav absolūta saikne starp notikumiem: tas, kas vienlaikus atrodas vienā atskaites sistēmā, ne vienmēr būs vienlaikus citā.
Piemērs Einšteina izpratnei par laiku ir kosmisko staru mions. Tā ir nestabila subatomiska daļiņa, kuras vidējais kalpošanas laiks ir 2,2 mikrosekundes. Tas veidojas atmosfēras augšējos slāņos, un, lai gan mēs sagaidām, ka tas nobrauks tikai 660 metrus (ar gaismas ātrumu 300 000 km/s) pirms sadalīšanās, laika dilatācijas efekti ļauj kosmiskajiem mioniem nokļūt vairāk nekā 100 kilometrus līdz Zemes virsmai. un tālāk. . Atskaites sistēmā ar Zemi mioni dzīvo ilgāk to lielā ātruma dēļ.
1907. gadā Einšteina bijušais skolotājs Hermanis Minkovskis ieviesa telpu un laiku kā. Telpalaiks uzvedas kā aina, kurā daļiņas pārvietojas Visumā viena pret otru. Tomēr šī telpas laika versija bija nepilnīga (Skatīt arī: ). Tas neietvēra gravitāciju, līdz Einšteins 1916. gadā neieviesa vispārējo relativitāti. Telpas laika audums ir nepārtraukts, gluds, deformēts un deformēts matērijas un enerģijas klātbūtnes dēļ (2). Gravitācija ir Visuma izliekums, ko izraisa masīvi ķermeņi un citi enerģijas veidi, kas nosaka objektu ceļu. Šis izliekums ir dinamisks, kustas objektiem kustoties. Kā saka fiziķis Džons Vīlers: "Telpa laiks pārņem masu, norādot, kā tai pārvietoties, un masa pārņem telpas laiku, norādot, kā tai izliekties."
2. Einšteina telpa-laiks
Laiks un kvantu pasaule
Vispārējā relativitātes teorija laika ritējumu uzskata par nepārtrauktu un relatīvu, un laika ritējumu uzskata par universālu un absolūtu izvēlētajā šķēlē. Sešdesmitajos gados veiksmīgs mēģinājums apvienot iepriekš nesavienojamas idejas, kvantu mehāniku un vispārējo relativitāti noveda pie tā sauktā Vīlera-Devita vienādojuma, kas ir solis pretī teorijai. kvantu gravitācija. Šis vienādojums atrisināja vienu problēmu, bet radīja citu. Laikam šajā vienādojumā nav nozīmes. Tas ir izraisījis lielu fiziķu strīdu, ko viņi sauc par laika problēmu.
Karlo Rovelli (3), mūsdienu itāļu teorētiskajam fiziķim šajā jautājumā ir noteikts viedoklis. ", viņš rakstīja grāmatā "Laika noslēpums".
3. Karlo Rovelli un viņa grāmata
Tie, kas piekrīt Kopenhāgenas kvantu mehānikas interpretācijai, uzskata, ka kvantu procesi pakļaujas Šrēdingera vienādojumam, kas ir simetrisks laikā un rodas no funkcijas viļņa sabrukuma. Entropijas kvantu mehāniskajā versijā, mainoties entropijai, plūst nevis siltums, bet gan informācija. Daži kvantu fiziķi apgalvo, ka ir atraduši laika bultas izcelsmi. Viņi saka, ka enerģija izkliedējas un objekti izlīdzinās, jo elementārdaļiņas saistās, kad tās mijiedarbojas "kvantu sapīšanās" veidā. Einšteins kopā ar saviem kolēģiem Podoļski un Rozenu uzskatīja šādu uzvedību par neiespējamu, jo tā ir pretrunā ar vietējo reālistisku uzskatu par cēloņsakarību. Kā daļiņas, kas atrodas tālu viena no otras, var mijiedarboties viena ar otru uzreiz, viņi jautāja.
1964. gadā viņš izstrādāja eksperimentālu testu, kas atspēkoja Einšteina apgalvojumus par tā sauktajiem slēptajiem mainīgajiem. Tādējādi tiek plaši uzskatīts, ka informācija pārvietojas starp sapinušajām daļiņām, iespējams, ātrāk nekā gaisma spēj pārvietoties. Cik mēs zinām, laiks neeksistē sapinušās daļiņas (4).
Ebreju universitātes fiziķu grupa Eli Megidiša vadībā Jeruzalemē 2013. gadā ziņoja, ka viņiem ir izdevies sapīt fotonus, kas laikā nepastāvēja līdzās. Pirmkārt, pirmajā solī viņi izveidoja sapinušies fotonu pāri, 1-2. Neilgi pēc tam viņi izmērīja fotona 1 polarizāciju (īpašība, kas apraksta virzienu, kādā gaisma svārstās), tādējādi to "nogalinot" (II stadija). Fotons 2 tika nosūtīts ceļojumā, un tika izveidots jauns sapinies pāris 3-4 (III solis). Pēc tam fotons 3 tika mērīts kopā ar ceļojošo fotonu 2 tādā veidā, ka sapīšanās koeficients "mainījās" no vecajiem pāriem (1-2 un 3-4) uz jauno kombinēto 2-3 (IV solis). Pēc kāda laika (V posms) tiek izmērīta vienīgā izdzīvojušā fotona 4 polaritāte un rezultāti tiek salīdzināti ar sen mirušā fotona 1 polarizāciju (atpakaļ II stadijā). Rezultāts? Dati atklāja kvantu korelāciju esamību starp 1. un 4. fotoniem, "laikam nav lokāli". Tas nozīmē, ka sapīšanās var notikt divās kvantu sistēmās, kuras nekad nav pastāvējušas līdzās laikā.
Megiddish un viņa kolēģi nevar palīdzēt, bet spekulēt par iespējamām viņu rezultātu interpretācijām. Varbūt fotona 1 polarizācijas mērījums II solī kaut kādā veidā virza 4 turpmāko polarizāciju vai fotona 4 polarizācijas mērījums V solī kaut kādā veidā pārraksta fotona 1 iepriekšējo polarizācijas stāvokli. Gan uz priekšu, gan atpakaļ izplatās kvantu korelācijas. uz cēloņsakarību starp viena fotona nāvi un cita fotona dzimšanu.
Ko tas nozīmē makro mērogā? Zinātnieki, apspriežot iespējamās sekas, runā par iespēju, ka mūsu zvaigžņu gaismas novērojumi kaut kādā veidā noteica fotonu polarizāciju pirms 9 miljardiem gadu.
Amerikāņu un kanādiešu fiziķu pāris Metjū S. Leifers no Čepmena universitātes Kalifornijā un Metjū F. Pūzijs no Perimetra Teorētiskās fizikas institūta Ontario pirms dažiem gadiem pamanīja, ka, ja mēs nepaliksim pie tā, ka Einšteins. Mērījumi, kas veikti uz daļiņas, var tikt atspoguļoti pagātnē un nākotnē, kas šajā situācijā kļūst nenozīmīgi. Pēc dažu pamata pieņēmumu pārformulēšanas zinātnieki izstrādāja modeli, pamatojoties uz Bela teorēmu, kurā telpa tiek pārveidota par laiku. Viņu aprēķini parāda, kāpēc, pieņemot, ka laiks vienmēr ir priekšā, mēs klupjam pretrunās.
Kā norāda Karls Rovelli, mūsu cilvēka laika uztvere ir nesaraujami saistīta ar siltumenerģijas uzvedību. Kāpēc mēs zinām tikai pagātni, nevis nākotni? Galvenais, pēc zinātnieka domām, vienvirziena siltuma plūsma no siltākiem objektiem uz aukstākiem. Karstā kafijas tasē iemests ledus kubs kafiju atdzesē. Bet process ir neatgriezenisks. Cilvēks kā sava veida "termodinamiskā mašīna" seko šai laika bultai un nespēj saprast citu virzienu. "Bet, ja es novēroju mikroskopisku stāvokli," raksta Rovelli, "pazūd atšķirība starp pagātni un nākotni... elementārajā lietu gramatikā nav atšķirības starp cēloni un sekām."
Laiks, ko mēra kvantu daļās
Vai varbūt laiku var kvantificēt? Nesen radusies jauna teorija liecina, ka mazākais iedomājamais laika intervāls nevar pārsniegt vienu miljardo daļu no sekundes miljarddaļas. Teorija seko koncepcijai, kas ir vismaz pulksteņa pamatīpašība. Pēc teorētiķu domām, šīs spriešanas sekas var palīdzēt izveidot "teoriju par visu".
Kvantu laika jēdziens nav jauns. Kvantu gravitācijas modelis ierosina kvantitatīvi noteikt laiku un noteikt noteiktu atzīmes ātrumu. Šis atzīmēšanās cikls ir universālā minimālā vienība, un neviena laika dimensija nevar būt mazāka par šo. Tas būtu tā, it kā Visuma pamatos būtu lauks, kas nosaka visa tajā esošā minimālo kustības ātrumu, piešķirot masu citām daļiņām. Šī universālā pulksteņa gadījumā "tā vietā, lai dotu masu, tas dos laiku", skaidro viens fiziķis, kurš ierosina kvantificēt laiku, Martins Božovalds.
Simulējot šādu universālu pulksteni, viņš un viņa kolēģi Pensilvānijas štata koledžā ASV parādīja, ka tas radīs izmaiņas mākslīgajos atompulksteņos, kas izmanto atomu vibrācijas, lai iegūtu visprecīzākos zināmos rezultātus. laika mērījumi. Saskaņā ar šo modeli atompulkstenis (5) dažkārt nesinhronizējās ar universālo pulksteni. Tas ierobežotu laika mērīšanas precizitāti līdz vienam atompulkstenim, kas nozīmē, ka divi dažādi atompulksteņi varētu neatbilst pagājušā perioda garumam. Ņemot vērā to, ka mūsu labākie atompulksteņi ir saskaņoti viens ar otru un var izmērīt ērces līdz 10–19 sekundēm vai vienai desmitajai miljardajai daļai sekundes, laika pamatvienība nevar būt ilgāka par 10–33 sekundēm. Šie ir secinājumi rakstā par šo teoriju, kas 2020. gada jūnijā tika publicēts žurnālā Physical Review Letters.
5. Singapūras Nacionālās universitātes atompulkstenis uz lutēcija bāzes.
Pārbaudīt, vai šāda pamata laika vienība pastāv, mūsu pašreizējās tehnoloģiskās iespējas pārsniedz, taču tas joprojām šķiet pieejamāks nekā Planka laika mērīšana, kas ir 5,4 × 10–44 sekundes.
Tauriņa efekts nedarbojas!
Laika izņemšana no kvantu pasaules vai tā kvantēšana var radīt interesantas sekas, taču, būsim godīgi, populāro iztēli virza kas cits, proti, ceļošana laikā.
Apmēram pirms gada Konektikutas Universitātes fizikas profesors Ronalds Mallets telekanālam CNN pastāstīja, ka ir uzrakstījis zinātnisku vienādojumu, ko varētu izmantot par pamatu. reālā laika mašīna. Viņš pat uzbūvēja ierīci, lai ilustrētu galveno teorijas elementu. Viņš uzskata, ka teorētiski tas ir iespējams pārvēršot laiku cilpākas ļautu ceļot laikā pagātnē. Viņš pat izveidoja prototipu, kas parāda, kā lāzeri var palīdzēt sasniegt šo mērķi. Jāpiebilst, ka Malleta kolēģi nav pārliecināti, ka viņa laika mašīna jebkad materializēsies. Pat Mallett atzīst, ka viņa ideja šobrīd ir pilnībā teorētiska.
2019. gada beigās New Scientist ziņoja, ka fiziķi Baraks Šošani un Džeikobs Hauzers no Perimetra institūta Kanādā aprakstīja risinājumu, kurā cilvēks teorētiski varētu ceļot no Jaunumi uz otro, garāmejot caur caurumu iekšā telpa-laiks vai tunelis, kā saka, "matemātiski iespējams". Šis modelis pieņem, ka pastāv dažādi paralēli visumi, kuros mēs varam ceļot, un tam ir nopietns trūkums – ceļošana laikā neietekmē ceļotāju pašu laika skalu. Tādā veidā jūs varat ietekmēt citus kontinuumus, bet tas, no kura mēs sākām ceļojumu, paliek nemainīgs.
Un tā kā mēs atrodamies telpas-laika kontinuumā, tad ar palīdzību kvantu dators Lai simulētu ceļošanu laikā, zinātnieki nesen pierādīja, ka kvantu valstībā nav "tauriņa efekta", kā tas redzams daudzās zinātniskās fantastikas filmās un grāmatās. Eksperimentos kvantu līmenī bojāts, šķietami gandrīz nemainīgs, it kā realitāte pati sevi dziedē. Raksts par šo tēmu parādījās šovasar Psysical Review Letters. "Kvantu datorā nav problēmu nedz simulēt pretēju evolūciju laikā, nedz simulēt procesu, kas novirza procesu atpakaļ pagātnē," skaidroja Losalamosas Nacionālās laboratorijas teorētiskais fiziķis Mikolajs Siņicins. pētījuma autors. Darbs. "Mēs patiešām varam redzēt, kas notiek ar sarežģīto kvantu pasauli, ja atgriezīsimies laikā, pievienosim dažus bojājumus un atgriezīsimies. Mēs atklājam, ka mūsu pirmatnējā pasaule ir izdzīvojusi, kas nozīmē, ka kvantu mehānikā nav tauriņa efekta.
Tas mums ir liels trieciens, bet arī labas ziņas mums. Telpas-laika kontinuums saglabā integritāti, neļaujot nelielām izmaiņām to iznīcināt. Kāpēc? Šis ir interesants jautājums, bet nedaudz cita tēma nekā pats laiks.
