Riddle taż-żmien

Iż-żmien dejjem kien problema. L-ewwel, kien diffiċli anke għall-imħuħ l-aktar brillanti biex jifhmu x'kien verament il-ħin. Illum, meta jidhirlna li nifhmu dan sa ċertu punt, ħafna jemmnu li mingħajru, għall-inqas fis-sens tradizzjonali, ikun aktar komdu.

"" Miktub minn Isaac Newton. Huwa jemmen li l-ħin jista 'jinftiehem tassew biss matematikament. Għalih, il-ħin assolut ta 'dimensjoni waħda u l-ġeometrija tridimensjonali tal-Univers kienu aspetti indipendenti u separati tar-realtà oġġettiva, u f'kull mument ta' żmien assolut, l-avvenimenti kollha fl-Univers seħħew simultanjament.

Bit-teorija speċjali tiegħu tar-relattività, Einstein neħħa l-kunċett tal-ħin simultanju. Skont l-idea tiegħu, is-simultanjetà mhijiex relazzjoni assoluta bejn l-avvenimenti: dak li jkun simultanjament f’qafas ta’ referenza mhux bilfors ikun simultanjament f’ieħor.

Eżempju tal-fehim ta 'Einstein tal-ħin huwa l-muon mir-raġġi kożmiċi. Hija partiċella subatomika instabbli b'ħajja medja ta '2,2 mikrosekondi. Jifforma fl-atmosfera ta 'fuq, u għalkemm nistennew li jivvjaġġa biss 660 metru (bil-veloċità tad-dawl 300 km/s) qabel jiddiżintegra, l-effetti tad-dilatazzjoni tal-ħin jippermettu muons kożmiċi jivvjaġġaw aktar minn 000 kilometru lejn il-wiċċ tad-Dinja. u aktar. . F'qafas ta 'referenza mad-Dinja, il-muoni jgħixu aktar minħabba l-veloċità għolja tagħhom.

Fl-1907, l-ex għalliem ta 'Einstein Hermann Minkowski introduċa l-ispazju u l-ħin bħala. L-ispazju-ħin iġib ruħu bħal xena li fiha l-partiċelli jiċċaqilqu fl-univers relattivi għal xulxin. Madankollu, din il-verżjoni tal-ispazju-ħin ma kinitx kompluta (ara ukoll: ). Ma inkludietx il-gravità sakemm Einstein introduċa r-relattività ġenerali fl-1916. Id-drapp ta 'spazju-ħin huwa kontinwu, lixx, mgħawweġ u deformat mill-preżenza ta' materja u enerġija (2). Il-gravità hija l-kurvatura tal-univers, ikkawżata minn korpi massivi u forom oħra ta 'enerġija, li tiddetermina t-triq li jieħdu l-oġġetti. Din il-kurvatura hija dinamika, tiċċaqlaq hekk kif l-oġġetti jimxu. Kif jgħid il-fiżiku John Wheeler, "L-ispazju-ħin jieħu f'idejh il-massa billi jgħidilha kif tiċċaqlaq, u l-massa tieħu f'idejha l-ispazju-żmien billi tgħidlu kif titgħawweġ."

2. L-ispazju-ħin ta' Einstein

Iż-żmien u d-dinja quantum

It-teorija ġenerali tar-relattività tqis il-mogħdija taż-żmien bħala kontinwa u relattiva, u tqis il-mogħdija taż-żmien bħala universali u assoluta fil-porzjon magħżul. Fis-snin sittin, tentattiv ta’ suċċess biex jgħaqqad ideat li qabel kienu inkompatibbli, mekkanika kwantistika u relatività ġenerali wassal għal dik li hi magħrufa bħala l-ekwazzjoni Wheeler-DeWitt, pass lejn it-teorija. gravità kwantistika. Din l-ekwazzjoni solviet problema waħda iżda ħolqot oħra. Iż-żmien m'għandu l-ebda parti f'din l-ekwazzjoni. Dan wassal għal kontroversja kbira fost il-fiżiċi, li huma jsejħu l-problema taż-żmien.

Carlo Rovelli (3), fiżiku teoretiku Taljan modern għandu opinjoni definita dwar din il-kwistjoni. ", kiteb fil-ktieb "The Secret of Time".

3. Carlo Rovelli u l-ktieb tiegħu

Dawk li jaqblu mal-interpretazzjoni ta 'Kopenħagen tal-mekkanika kwantistika jemmnu li l-proċessi quantum jobdu l-ekwazzjoni ta' Schrödinger, li hija simmetrika fiż-żmien u tirriżulta mill-kollass tal-mewġ ta 'funzjoni. Fil-verżjoni mekkanika kwantistika tal-entropija, meta l-entropija tinbidel, mhix is-sħana li tgħaddi, iżda l-informazzjoni. Xi fiżiċi kwantistika jsostnu li sabu l-oriġini tal-vleġġa taż-żmien. Jgħidu li l-enerġija tinħela u l-oġġetti jallinjaw minħabba li l-partiċelli elementari jingħaqdu flimkien hekk kif jinteraġixxu f'forma ta '"taħbil quantum." Einstein, flimkien mal-kollegi tiegħu Podolsky u Rosen, sabu li din l-imġieba kienet impossibbli għax kienet tikkontradixxi l-fehma realista lokali tal-kawżalità. Kif jistgħu partiċelli li jinsabu 'l bogħod minn xulxin jinteraġixxu ma' xulxin f'daqqa, staqsew.

Fl-1964, huwa żviluppa test sperimentali li ċaħad it-talbiet ta 'Einstein dwar l-hekk imsejħa varjabbli moħbija. Għalhekk, huwa maħsub ħafna li l-informazzjoni tivvjaġġa bejn partiċelli mħabblin, potenzjalment aktar malajr milli jista 'jivvjaġġa d-dawl. Safejn nafu, iż-żmien ma jeżistix għal partiċelli mħabblin (4).

Grupp ta’ fiżiċi fl-Università Ebrajka mmexxija minn Eli Megidish f’Ġerusalemm irrapportaw fl-2013 li rnexxielhom jitħabblu fotoni li ma kinux jeżistu flimkien fiż-żmien. L-ewwel, fl-ewwel pass, ħolqu par ta 'fotoni mħabblin, 1-2. Ftit wara, kejlu l-polarizzazzjoni tal-foton 1 (proprjetà li tiddeskrivi d-direzzjoni li fiha d-dawl joxxilla) - u b'hekk "joqtlu" (stadju II). Photon 2 intbagħat fuq vjaġġ, u ġie ffurmat par imħallat ġdid 3-4 (pass III). Photon 3 imbagħad tkejjel flimkien mal-foton 2 li jivvjaġġa b'tali mod li l-koeffiċjent tat-tħabbil "inbidel" mill-pari qodma (1-2 u 3-4) għall-2-3 magħquda l-ġdida (pass IV). Xi żmien wara (stadju V) titkejjel il-polarità tal-uniku foton 4 li baqa' ħaj u r-riżultati jitqabblu mal-polarizzazzjoni tal-foton 1 mejjet fit-tul (lura fl-istadju II). Riżultat? Id-dejta wriet il-preżenza ta 'korrelazzjonijiet quantum bejn photons 1 u 4, "temporanjament mhux lokali". Dan ifisser li t-tħabbil jista’ jseħħ f’żewġ sistemi quantum li qatt ma kienu jeżistu flimkien fiż-żmien.

Megiddish u l-kollegi tiegħu ma jistgħux ma jispekulawx dwar interpretazzjonijiet possibbli tar-riżultati tagħhom. Forsi l-kejl tal-polarizzazzjoni tal-foton 1 fil-pass II b'xi mod jidderieġi l-polarizzazzjoni futura ta '4, jew il-kejl tal-polarizzazzjoni tal-foton 4 fil-pass V b'xi mod jissostitwixxi l-istat ta' polarizzazzjoni preċedenti tal-foton 1. F'direzzjonijiet kemm 'il quddiem kif ukoll lura, quantum korrelazzjonijiet jinfirxu għall-vojt kawżali bejn il-mewt ta 'foton wieħed u t-twelid ta' ieħor.

Xi jfisser dan fuq skala makro? Ix-xjentisti, waqt li jiddiskutu l-implikazzjonijiet possibbli, jitkellmu dwar il-possibbiltà li l-osservazzjonijiet tagħna tad-dawl tal-istilel b'xi mod iddettaw il-polarizzazzjoni tal-fotoni 9 biljun sena ilu.

Par ta 'fiżiċi Amerikani u Kanadiżi, Matthew S. Leifer fl-Università ta' Chapman f'Kalifornja u Matthew F. Pusey fl-Istitut Perimetru għall-Fiżika Teoretika f'Ontario, innutaw ftit snin ilu li jekk ma nżommux mal-fatt li Einstein. Il-kejl magħmul fuq partiċella jista 'jiġi rifless fil-passat u fil-futur, li jsir irrilevanti f'din is-sitwazzjoni. Wara li fformulaw mill-ġdid xi suppożizzjonijiet bażiċi, ix-xjenzati żviluppaw mudell ibbażat fuq it-teorema ta 'Bell li fih l-ispazju jinbidel fi żmien. Il-kalkoli tagħhom juru għaliex, jekk wieħed jassumi li ż-żmien ikun dejjem quddiem, niddgħajjef fuq kontradizzjonijiet.

Skont Carl Rovelli, il-perċezzjoni tal-bniedem tagħna tal-ħin hija marbuta b'mod inseparabbli ma' kif taġixxi l-enerġija termali. Għaliex nafu biss il-passat u mhux il-futur? Iċ-ċavetta, skond ix-xjenzat, fluss unidirezzjonali ta 'sħana minn oġġetti sħan għal dawk kesħin. Kubu tas-silġ mitfugħ ġo tazza tal-kafè sħun ikessaħ il-kafè. Iżda l-proċess huwa irriversibbli. Il-bniedem, bħala tip ta '"magna termodinamika", isegwi din il-vleġġa taż-żmien u ma jistax jifhem direzzjoni oħra. “Imma jekk noserva stat mikroskopiku,” jikteb Rovelli, “id-differenza bejn il-passat u l-futur tisparixxi... fil-grammatika elementari tal-affarijiet m’hemm l-ebda distinzjoni bejn il-kawża u l-effett.”

Ħin imkejjel fi frazzjonijiet quantum

Jew forsi l-ħin jista 'jiġi kwantizzat? Teorija ġdida emerġenti reċentement tissuġġerixxi li l-iżgħar intervall ta 'żmien konċepibbli ma jistax jaqbeż il-miljunth ta' biljun ta 'biljunth ta' sekonda. It-teorija ssegwi kunċett li huwa mill-inqas il-proprjetà bażika ta 'arloġġ. Skont it-teoristi, il-konsegwenzi ta’ dan ir-raġunament jistgħu jgħinu biex tinħoloq “teorija ta’ kollox”.

Il-kunċett tal-ħin quantum mhuwiex ġdid. Mudell tal-gravità quantum jipproponi li l-ħin ikun kwantizzat u jkollu ċerta rata ta’ qurdien. Dan iċ-ċiklu tal-immarkar huwa l-unità minima universali, u l-ebda dimensjoni tal-ħin ma tista 'tkun inqas minn dan. Ikun bħallikieku kien hemm qasam fil-pedament tal-univers li jiddetermina l-veloċità minima ta 'kollox fih, li jagħti massa lil partiċelli oħra. Fil-każ ta’ dan l-arloġġ universali, “minflok ma jagħti l-quddiesa, jagħti l-ħin,” jispjega wieħed fiżiku li jipproponi li jikkwantizza l-ħin, Martin Bojowald.

Billi mmudella arloġġ universali bħal dan, hu u l-kollegi tiegħu fil-Kulleġġ tal-Istat ta 'Pennsylvania fl-Istati Uniti wrew li jagħmel differenza fl-arloġġi atomiċi artifiċjali, li jużaw vibrazzjonijiet atomiċi biex jipproduċu l-aktar riżultati preċiżi magħrufa. kejl tal-ħin. Skont dan il-mudell, l-arloġġ atomiku (5) kultant ma ssinkronizzax mal-arloġġ universali. Dan jillimita l-eżattezza tal-kejl tal-ħin għal arloġġ atomiku wieħed, li jfisser li żewġ arloġġi atomiċi differenti jistgħu jispiċċaw ma jaqblux mat-tul tal-perjodu li għadda. Minħabba li l-aqwa arloġġi atomiċi tagħna huma konsistenti ma 'xulxin u jistgħu jkejlu l-qurdien sa 10-19-il sekonda, jew wieħed minn għaxra ta' biljun ta 'biljunth ta' sekonda, l-unità bażika ta 'ħin ma tistax tkun aktar minn 10-33 sekonda. Dawn huma l-konklużjonijiet ta’ artiklu dwar din it-teorija li deher f’Ġunju 2020 fil-ġurnal Physical Review Letters.

5. Arloġġ atomiku bbażat fuq il-lutezju fl-Università Nazzjonali ta 'Singapor.

L-ittestjar ta' jekk teżistix unità bażi bħal din ta' ħin huwa lil hinn mill-kapaċitajiet teknoloġiċi attwali tagħna, iżda xorta jidher aktar aċċessibbli mill-kejl tal-ħin Planck, li huwa 5,4 × 10–44 sekondi.

L-effett tal-farfett ma jaħdimx!

It-tneħħija tal-ħin mid-dinja quantum jew il-kwantizzazzjoni jista 'jkollha konsegwenzi interessanti, imma ejja nkunu onesti, l-immaġinazzjoni popolari hija mmexxija minn xi ħaġa oħra, jiġifieri l-ivvjaġġar fil-ħin.

Madwar sena ilu, il-professur tal-fiżika tal-Università ta’ Connecticut Ronald Mallett qal lil CNN li kien kiteb ekwazzjoni xjentifika li tista’ tintuża bħala l-bażi għal magna tal-ħin reali. Saħansitra bena apparat biex juri element ewlieni tat-teorija. Huwa jemmen li teoretikament huwa possibbli iddawwar il-ħin f'linjali jippermetti vjaġġar fil-ħin għall-passat. Saħansitra bena prototip li juri kif il-lejżers jistgħu jgħinu biex jintlaħaq dan il-għan. Ta’ min jinnota li l-kollegi ta’ Mallett mhumiex konvinti li l-magna taż-żmien tiegħu qatt se timmaterjalizza. Anke Mallett jammetti li l-idea tiegħu hija kompletament teoretika f'dan il-punt.

Fl-aħħar tal-2019, New Scientist irrapporta li l-fiżiċi Barak Shoshani u Jacob Hauser tal-Perimeter Institute fil-Kanada ddeskrivew soluzzjoni li fiha persuna tista’ teoretikament tivvjaġġa minn wieħed. feed tal-aħbarijiet għat-tieni, tgħaddi minn toqba fil spazju-ħin jew mina, kif jgħidu, "matematikament possibbli". Dan il-mudell jassumi li hemm universi paralleli differenti li fihom nistgħu nivvjaġġaw, u għandu żvantaġġ serju - l-ivvjaġġar fil-ħin ma jaffettwax il-kronoloġija tal-vjaġġaturi stess. B’dan il-mod, tista’ tinfluwenza continuums oħra, iżda dak li minnu bdejna l-vjaġġ jibqa’ l-istess.

U peress li aħna fl-ispazju-ħin continua, allura bl-għajnuna ta kompjuter quantum Biex jissimulaw l-ivvjaġġar fil-ħin, xjenzati reċentement ippruvaw li m'hemm l-ebda "effett farfett" fil-qasam quantum, kif jidher f'ħafna films u kotba tal-fantaxjenza. Fl-esperimenti fil-livell quantum, bil-ħsara, apparentement kważi mhux mibdula, bħallikieku r-realtà tfieq innifsu. Dokument dwar is-suġġett dehret dan is-sajf f'Psysical Review Letters. "Fuq kompjuter quantum, m'hemm l-ebda problemi la biex tissimula l-evoluzzjoni opposta fiż-żmien, jew biex tissimula l-proċess ta 'ċaqliq tal-proċess lura fil-passat," spjega Mikolay Sinitsyn, fiżiku teoretiku fil-Laboratorju Nazzjonali ta' Los Alamos u ko- awtur tal-istudju. Xogħol. “Nistgħu tassew naraw x’jiġri mid-dinja tal-kwantistika kumplessa jekk immorru lura fiż-żmien, inżidu xi ħsara u mmorru lura. Insibu li d-dinja primordjali tagħna baqgħet ħajja, li jfisser li m’hemm l-ebda effett farfett fil-mekkanika kwantistika.”

Din hija daqqa kbira għalina, iżda wkoll aħbar tajba għalina. Il-kontinwu spazju-ħin iżomm l-integrità, u ma jħallix bidliet żgħar jeqirduh. Għaliex? Din hija mistoqsija interessanti, iżda suġġett kemmxejn differenti mill-ħin innifsu.