Bugtong ng panahon

Ang oras ay palaging problema. Una, mahirap para sa kahit na ang pinakamatalino na isip na maunawaan kung ano talaga ang oras. Ngayon, kapag tila naiintindihan natin ito sa ilang lawak, marami ang naniniwala na kung wala ito, hindi bababa sa tradisyonal na kahulugan, ito ay magiging mas komportable.

"" Isinulat ni Isaac Newton. Naniniwala siya na ang oras ay maaari lamang talagang maunawaan sa matematika. Para sa kanya, ang one-dimensional absolute time at ang three-dimensional na geometry ng Uniberso ay independyente at magkahiwalay na aspeto ng layunin na realidad, at sa bawat sandali ng absolute time lahat ng mga kaganapan sa Uniberso ay nangyari nang sabay-sabay.

Sa kanyang espesyal na teorya ng relativity, inalis ni Einstein ang konsepto ng sabay-sabay na oras. Ayon sa kanyang ideya, ang simultaneity ay hindi isang ganap na relasyon sa pagitan ng mga kaganapan: kung ano ang sabay-sabay sa isang frame of reference ay hindi kinakailangang sabay-sabay sa isa pa.

Ang isang halimbawa ng pag-unawa ni Einstein sa oras ay ang muon mula sa cosmic rays. Ito ay isang hindi matatag na subatomic na particle na may average na buhay na 2,2 microseconds. Nabubuo ito sa itaas na atmospera, at bagama't inaasahan naming maglalakbay lamang ito ng 660 metro (sa bilis ng liwanag na 300 km/s) bago maghiwa-hiwalay, pinapayagan ng mga epekto ng time dilation ang mga cosmic muon na maglakbay nang mahigit 000 kilometro sa ibabaw ng Earth. at higit pa. . Sa isang reference frame sa Earth, ang mga muon ay nabubuhay nang mas matagal dahil sa kanilang mataas na bilis.

Noong 1907, ipinakilala ng dating guro ni Einstein na si Hermann Minkowski ang espasyo at oras bilang. Ang spacetime ay kumikilos tulad ng isang eksena kung saan gumagalaw ang mga particle sa uniberso na may kaugnayan sa isa't isa. Gayunpaman, ang bersyong ito ng spacetime ay hindi kumpleto (Tingnan din: ). Hindi nito kasama ang gravity hanggang sa ipinakilala ni Einstein ang pangkalahatang relativity noong 1916. Ang tela ng space-time ay tuloy-tuloy, makinis, naka-warped at nababago sa pagkakaroon ng matter at energy (2). Ang gravity ay ang kurbada ng uniberso, sanhi ng malalaking katawan at iba pang anyo ng enerhiya, na tumutukoy sa landas na tinatahak ng mga bagay. Ang curvature na ito ay dynamic, gumagalaw habang gumagalaw ang mga bagay. Gaya ng sabi ng physicist na si John Wheeler, "Spacetime ang pumalit sa masa sa pamamagitan ng pagsasabi dito kung paano gumalaw, at ang masa ay tumatagal sa espasyo sa pamamagitan ng pagsasabi dito kung paano mag-curve."

2. Einstein's space-time

Oras at ang quantum world

Isinasaalang-alang ng pangkalahatang teorya ng relativity ang paglipas ng oras na tuluy-tuloy at kamag-anak, at isinasaalang-alang ang paglipas ng oras na unibersal at ganap sa napiling hiwa. Noong 60s, ang matagumpay na pagtatangka na pagsamahin ang mga dating hindi magkatugma na ideya, quantum mechanics at general relativity ay humantong sa tinatawag na Wheeler-DeWitt equation, isang hakbang patungo sa isang teorya. quantum gravity. Nalutas ng equation na ito ang isang problema ngunit lumikha ng isa pa. Walang bahagi ang oras sa equation na ito. Ito ay humantong sa isang malaking kontrobersya sa mga physicist, na tinatawag nilang problema ng oras.

Carlo Rovelli (3), ang isang modernong Italyano na theoretical physicist ay may tiyak na opinyon sa bagay na ito. ", isinulat niya sa aklat na "The Secret of Time".

3. Carlo Rovelli at ang kanyang aklat

Ang mga sumasang-ayon sa interpretasyon ng Copenhagen ng quantum mechanics ay naniniwala na ang mga proseso ng quantum ay sumusunod sa Schrödinger equation, na simetriko sa oras at nagmumula sa pagbagsak ng alon ng isang function. Sa quantum mechanical version ng entropy, kapag nagbago ang entropy, hindi init ang dumadaloy, kundi impormasyon. Sinasabi ng ilang mga quantum physicist na natagpuan ang pinagmulan ng arrow ng oras. Sinasabi nila na ang enerhiya ay nawawala at ang mga bagay ay nakahanay dahil ang mga elementarya na particle ay nagbubuklod kapag sila ay nakikipag-ugnayan sa isang anyo ng "quantum entanglement." Itinuring ni Einstein, kasama ng kanyang mga kasamahan na sina Podolsky at Rosen, ang gayong pag-uugali na imposible dahil sumasalungat ito sa lokal na realistang pananaw sa sanhi. Paano magkakaugnay ang mga particle na matatagpuan malayo sa isa't isa nang sabay-sabay, tanong nila.

Noong 1964, gumawa siya ng isang eksperimentong pagsubok na pinabulaanan ang mga pahayag ni Einstein tungkol sa tinatawag na mga nakatagong variable. Samakatuwid, malawak na pinaniniwalaan na ang impormasyon ay naglalakbay sa pagitan ng mga gusot na particle, na potensyal na mas mabilis kaysa sa liwanag na maaaring maglakbay. Sa pagkakaalam natin, ang oras ay hindi umiiral para sa gusot na mga particle Na (4).

Ang isang grupo ng mga physicist sa Hebrew University na pinamumunuan ni Eli Megidish sa Jerusalem ay nag-ulat noong 2013 na sila ay nagtagumpay sa pagsasali ng mga photon na hindi magkakasamang nabubuhay sa oras. Una, sa unang hakbang, lumikha sila ng magkasalubong na pares ng mga photon, 1-2. Di-nagtagal pagkatapos noon, sinukat nila ang polariseysyon ng photon 1 (isang pag-aari na naglalarawan sa direksyon kung saan nag-oscillates ang liwanag) - sa gayon ay "pinapatay" ito (yugto II). Ang Photon 2 ay ipinadala sa isang paglalakbay, at isang bagong gusot na pares 3-4 ang nabuo (hakbang III). Pagkatapos ay sinukat ang Photon 3 kasama ang naglalakbay na photon 2 sa paraang "nagbago" ang koepisyent ng pagkakasalubong mula sa mga lumang pares (1-2 at 3-4) patungo sa bagong pinagsamang 2-3 (hakbang IV). Pagkaraan ng ilang oras (yugto V) ang polarity ng tanging nabubuhay na photon 4 ay nasusukat at ang mga resulta ay inihambing sa polarisasyon ng matagal nang patay na photon 1 (bumalik sa yugto II). Resulta? Ang data ay nagsiwalat ng pagkakaroon ng quantum correlations sa pagitan ng mga photon 1 at 4, "pansamantalang hindi lokal". Nangangahulugan ito na ang pagkakasalubong ay maaaring mangyari sa dalawang quantum system na hindi kailanman magkakasamang umiral sa panahon.

Si Megiddish at ang kanyang mga kasamahan ay hindi maiwasang mag-isip tungkol sa mga posibleng interpretasyon ng kanilang mga resulta. Marahil ang pagsukat ng polariseysyon ng photon 1 sa hakbang II sa paanuman ay nagdidirekta sa hinaharap na polariseysyon ng 4, o ang pagsukat ng polariseysyon ng photon 4 sa hakbang V kahit papaano ay muling isinulat ang nakaraang polarisasyon na estado ng photon 1. Parehong pasulong at paatras, ang mga quantum correlations ay nagpapalaganap sa sanhi ng void sa pagitan ng pagkamatay ng isang photon at ng pagsilang ng isa pa.

Ano ang ibig sabihin nito sa isang macro scale? Ang mga siyentipiko, na tinatalakay ang mga posibleng implikasyon, ay pinag-uusapan ang posibilidad na ang aming mga obserbasyon sa liwanag ng bituin sa paanuman ay nagdikta sa polariseysyon ng mga photon 9 bilyong taon na ang nakalilipas.

Isang pares ng American at Canadian physicist, sina Matthew S. Leifer ng Chapman University sa California at Matthew F. Pusey ng Perimeter Institute for Theoretical Physics sa Ontario, napansin ilang taon na ang nakararaan na kung hindi tayo mananatili sa katotohanang si Einstein. Ang mga sukat na ginawa sa isang butil ay maaaring maipakita sa nakaraan at hinaharap, na nagiging walang kaugnayan sa sitwasyong ito. Pagkatapos ng reformulating ilang mga pangunahing pagpapalagay, ang mga siyentipiko ay bumuo ng isang modelo batay sa Bell's theorem, kung saan ang espasyo ay binago sa oras. Ang kanilang mga kalkulasyon ay nagpapakita kung bakit, kung ipagpalagay na ang oras ay laging nauuna, tayo ay natitisod sa mga kontradiksyon.

Ayon kay Carl Rovelli, ang ating pang-unawa ng tao sa oras ay hindi maihihiwalay na nauugnay sa kung paano kumikilos ang thermal energy. Bakit ang nakaraan lang ang alam natin at hindi ang hinaharap? Ang susi, ayon sa siyentipiko, unidirectional na daloy ng init mula sa mas maiinit na bagay patungo sa mas malamig. Ang isang ice cube na inihagis sa isang mainit na tasa ng kape ay nagpapalamig sa kape. Ngunit ang proseso ay hindi maibabalik. Ang tao, bilang isang uri ng "thermodynamic machine", ay sumusunod sa arrow ng oras na ito at hindi nakakaintindi ng ibang direksyon. "Ngunit kung pagmamasdan ko ang isang mikroskopiko na estado," ang isinulat ni Rovelli, "ang pagkakaiba sa pagitan ng nakaraan at hinaharap ay nawawala... sa elementarya na gramatika ng mga bagay ay walang pagkakaiba sa pagitan ng sanhi at epekto."

Sinusukat ang oras sa mga quantum fraction

O baka naman ma-quantize ang oras? Ang isang kamakailang umuusbong na bagong teorya ay nagmumungkahi na ang pinakamaliit na naiisip na pagitan ng oras ay hindi maaaring lumampas sa isang milyon ng isang bilyon ng isang bilyon ng isang segundo. Ang teorya ay sumusunod sa isang konsepto na hindi bababa sa pangunahing pag-aari ng isang relo. Ayon sa mga teorista, ang mga kahihinatnan ng pangangatwiran na ito ay makakatulong upang lumikha ng isang "teorya ng lahat".

Ang konsepto ng quantum time ay hindi na bago. Modelo ng quantum gravity nagmumungkahi na ang oras ay ma-quantize at magkaroon ng isang tiyak na rate ng tik. Ang ticking cycle na ito ay ang unibersal na minimum na unit, at walang dimensyon ng oras ang maaaring mas mababa dito. Para bang mayroong isang larangan sa pundasyon ng sansinukob na tumutukoy sa pinakamababang bilis ng lahat ng bagay sa loob nito, na nagbibigay ng masa sa iba pang mga particle. Sa kaso ng unibersal na orasan na ito, "sa halip na magbigay ng mass, ito ay magbibigay ng oras," paliwanag ng isang physicist na nagmumungkahi na sukatin ang oras, si Martin Bojowald.

Sa pamamagitan ng pagtulad sa gayong unibersal na orasan, ipinakita niya at ng kanyang mga kasamahan sa Pennsylvania State College sa United States na makakagawa ito ng pagkakaiba sa mga artipisyal na atomic na orasan, na gumagamit ng atomic vibrations upang makagawa ng pinakatumpak na mga resultang nalalaman. mga sukat ng oras. Ayon sa modelong ito, kung minsan ang atomic na orasan (5) ay hindi sumasabay sa pangkalahatang orasan. Nililimitahan nito ang katumpakan ng pagsukat ng oras sa isang atomic na orasan, ibig sabihin ay maaaring hindi tumugma ang dalawang magkaibang atomic na orasan sa haba ng lumipas na panahon. Dahil ang aming pinakamahusay na mga atomic na orasan ay pare-pareho sa isa't isa at maaaring masukat ang mga tik hanggang 10-19 segundo, o isang ikasampu ng isang bilyon ng isang bilyon ng isang segundo, ang pangunahing yunit ng oras ay hindi maaaring higit sa 10-33 segundo. Ito ang mga konklusyon ng isang artikulo sa teoryang ito na lumabas noong Hunyo 2020 sa journal na Physical Review Letters.

5. Lutetium-based atomic clock sa National University of Singapore.

Ang pagsubok kung umiiral ang naturang base unit ng oras ay lampas sa aming kasalukuyang mga teknolohikal na kakayahan, ngunit tila mas madaling ma-access kaysa sa pagsukat ng oras ng Planck, na 5,4 × 10–44 segundo.

Ang butterfly effect ay hindi gumagana!

Ang pag-alis ng oras mula sa quantum world o pag-quantize nito ay maaaring magkaroon ng mga kawili-wiling kahihinatnan, ngunit maging tapat tayo, ang tanyag na imahinasyon ay hinihimok ng ibang bagay, katulad ng paglalakbay sa oras.

Mga isang taon na ang nakalilipas, sinabi ng propesor sa pisika ng Unibersidad ng Connecticut na si Ronald Mallett sa CNN na sumulat siya ng isang siyentipikong equation na maaaring gamitin bilang batayan para sa real time machine. Gumawa pa siya ng isang aparato upang ilarawan ang isang pangunahing elemento ng teorya. Naniniwala siya na posible ito sa teorya ginagawang loop ang orasna magbibigay-daan sa paglalakbay ng oras sa nakaraan. Gumawa pa siya ng prototype na nagpapakita kung paano makakatulong ang mga laser na makamit ang layuning ito. Dapat pansinin na ang mga kasamahan ni Mallett ay hindi kumbinsido na ang kanyang time machine ay magkakatotoo. Kahit na si Mallett ay umamin na ang kanyang ideya ay ganap na teoretikal sa puntong ito.

Noong huling bahagi ng 2019, iniulat ng New Scientist na ang mga physicist na sina Barak Shoshani at Jacob Hauser ng Perimeter Institute sa Canada ay inilarawan ang isang solusyon kung saan ang isang tao ay maaaring maglakbay mula sa isang teorya. news feed sa pangalawa, dumaraan sa pamamagitan ng isang butas space-time o isang lagusan, gaya ng sinasabi nila, "mathematics possible". Ipinapalagay ng modelong ito na mayroong iba't ibang parallel na uniberso kung saan maaari tayong maglakbay, at may malubhang disbentaha - ang paglalakbay sa oras ay hindi nakakaapekto sa sariling timeline ng mga manlalakbay. Sa ganitong paraan, maaari mong maimpluwensyahan ang iba pang mga continuum, ngunit ang isa kung saan nagsimula ang paglalakbay ay nananatiling hindi nagbabago.

At dahil nasa space-time continuua tayo, sa tulong ng quantum computer Upang gayahin ang paglalakbay sa oras, pinatunayan kamakailan ng mga siyentipiko na walang "butterfly effect" sa quantum realm, gaya ng nakikita sa maraming pelikula at libro sa science fiction. Sa mga eksperimento sa antas ng kabuuan, nasira, tila halos hindi nagbabago, na parang ang katotohanan ay nagpapagaling sa sarili. Ang isang papel sa paksa ay lumitaw ngayong tag-init sa Psysical Review Letters. "Sa isang quantum computer, walang mga problema sa pagtulad sa kabaligtaran na ebolusyon sa oras, o sa pagtulad sa proseso ng paglipat ng proseso pabalik sa nakaraan," paliwanag ni Mikolay Sinitsyn, isang theoretical physicist sa Los Alamos National Laboratory at co- may-akda ng pag-aaral. Trabaho. "Talagang makikita natin kung ano ang mangyayari sa kumplikadong mundo ng quantum kung babalik tayo sa nakaraan, magdagdag ng ilang pinsala at babalik. Nalaman namin na ang aming primordial na mundo ay nakaligtas, na nangangahulugan na walang butterfly effect sa quantum mechanics."

Isa itong malaking dagok para sa amin, ngunit magandang balita din para sa amin. Ang space-time continuum ay nagpapanatili ng integridad, hindi pinapayagan ang maliliit na pagbabago na sirain ito. Bakit? Ito ay isang kawili-wiling tanong, ngunit isang bahagyang naiibang paksa kaysa sa oras mismo.