Уақыт жұмбағы

Уақыт әрқашан проблема болды. Біріншіден, тіпті ең керемет ақыл-ойларға уақыттың не екенін түсіну қиын болды. Бүгінде біз мұны белгілі бір дәрежеде түсінетін сияқтымыз, көбі онсыз, кем дегенде, дәстүрлі мағынада, ыңғайлырақ болады деп санайды.

«» Исаак Ньютон жазған. Ол уақытты тек математикалық жолмен ғана түсінуге болатынына сенді. Ол үшін бір өлшемді абсолютті уақыт пен Әлемнің үш өлшемді геометриясы объективті шындықтың тәуелсіз және бөлек аспектілері болды және абсолютті уақыттың әрбір сәтінде Әлемдегі барлық оқиғалар бір мезгілде болды.

Эйнштейн өзінің арнайы салыстырмалық теориясымен бір мезгілдегі уақыт ұғымын алып тастады. Оның идеясына сәйкес, бір мезгілде болу оқиғалар арасындағы абсолютті қатынас емес: бір уақытта бір анықтамалық жүйеде болатын нәрсе міндетті түрде басқа бір мезгілде міндетті түрде болмайды.

Эйнштейннің уақыт туралы түсінігінің мысалы - ғарыштық сәулелерден алынған мюон. Бұл орташа өмір сүру ұзақтығы 2,2 микросекунд болатын тұрақсыз субатомдық бөлшек. Ол атмосфераның жоғарғы қабатында қалыптасады және ыдырағанға дейін ол небәрі 660 метр (жарық жылдамдығы 300 000 км/с) жүреді деп күтсек те, уақыт кеңеюінің әсерлері ғарыштық мюондардың Жер бетіне 100 шақырымнан астам жүруіне мүмкіндік береді. және одан әрі. . Жердің анықтамалық жүйесінде мюондар жылдамдығының жоғары болуына байланысты ұзағырақ өмір сүреді.

1907 жылы Эйнштейннің бұрынғы мұғалімі Герман Минковски кеңістік пен уақытты енгізді. Кеңістік уақыт өзін ғаламдағы бөлшектердің бір-біріне қатысты қозғалатын көрінісі сияқты әрекет етеді. Дегенмен, кеңістік уақытының бұл нұсқасы толық емес болды (сондай-ақ қараңыз: ). Ол 1916 жылы Эйнштейн жалпы салыстырмалық теориясын енгізгенге дейін гравитацияны қамтымады. Кеңістік-уақыт матасы материя мен энергияның қатысуымен үздіксіз, тегіс, майысқан және деформацияланған (2). Гравитация - бұл объектілердің жүріп өту жолын анықтайтын массивті денелер мен энергияның басқа түрлерінің әсерінен болатын ғаламның қисаюы. Бұл қисықтық динамикалық, объектілер қозғалған сайын қозғалады. Физик Джон Уилер айтқандай: «Кеңістік уақыт массаны қалай қозғалатынын айту арқылы алады, ал масса оған қалай қисық болатынын айту арқылы кеңістік уақытын алады».

2. Эйнштейннің кеңістік-уақыты

Уақыт және кванттық әлем

Жалпы салыстырмалылық теориясы уақыттың өтуін үздіксіз және салыстырмалы деп санайды, ал таңдалған кесіндіде уақыттың өтуін әмбебап және абсолютті деп санайды. 60 жылдары бұрын үйлесімсіз идеяларды, кванттық механиканы және жалпы салыстырмалылықты біріктірудің сәтті әрекеті Уилер-Дьюитт теңдеуіне әкелді, бұл теорияға қадам болды. кванттық гравитация. Бұл теңдеу бір мәселені шешіп, екіншісін тудырды. Бұл теңдеуде уақыт ешқандай рөл атқармайды. Бұл физиктер арасында уақыт мәселесі деп атайтын үлкен дау тудырды.

Карло Ровелла (3), қазіргі итальяндық физик-теоретик бұл мәселе бойынша нақты пікірге ие. «, деп жазды ол «Уақыт құпиясы» кітабында.

3. Карло Ровелли және оның кітабы

Кванттық механиканың Копенгагендік түсіндірмесімен келісетіндер кванттық процестер уақыт бойынша симметриялы және функцияның толқындық құлдырауынан туындайтын Шредингер теңдеуіне бағынады деп есептейді. Энтропияның кванттық механикалық нұсқасында энтропия өзгерген кезде жылу емес, ақпарат ағады. Кейбір кванттық физиктер уақыт жебесінің бастауын тапты деп мәлімдейді. Олар элементар бөлшектер «кванттық шиеленіс» түрінде өзара әрекеттесу кезінде бір-бірімен байланысатындықтан, энергия таралады және объектілер тураланады дейді. Эйнштейн өзінің әріптестері Подольский мен Розенмен бірге мұндай мінез-құлықты мүмкін емес деп санады, өйткені бұл жергілікті реалистік себептік көзқарасқа қайшы келеді. Бір-бірінен алыс орналасқан бөлшектер бір-бірімен қалай әрекеттеседі деп сұрады.

1964 жылы ол Эйнштейннің жасырын айнымалылар туралы пікірлерін жоққа шығаратын эксперименталды сынақ жасады. Демек, ақпарат шиеленіскен бөлшектердің арасында жарық таралу мүмкіндігінен жылдамырақ тарайды деген кең таралған пікір бар. Біздің білуімізше, уақыт жоқ түйіскен бөлшектер (4).

Иерусалимдегі Эли Мегидиш басқаратын Еврей университетінің бір топ физиктері 2013 жылы уақытында бірге өмір сүрмеген фотондарды шатастыруға қол жеткізгендерін хабарлады. Біріншіден, бірінші қадамда олар 1-2 фотондардың шатастырылған жұбын жасады. Көп ұзамай олар фотон 1 поляризациясын өлшеді (жарықтың тербелетін бағытын сипаттайтын қасиет) - осылайша оны «өлтіреді» (II кезең). Фотон 2 сапарға жіберіліп, 3-4 жаңа шатастырылған жұп пайда болды (III қадам). Содан кейін фотон 3 жылжымалы фотон 2-мен бірге шатасу коэффициенті ескі жұптардан (1-2 және 3-4) жаңа біріктірілген 2-3-ке (IV қадам) «өзгеретін» етіп өлшенді. Біраз уақыттан кейін (V кезең) жалғыз тірі қалған фотон 4 полярлығы өлшенеді және нәтижелер ұзақ өлі фотон 1 поляризациясымен салыстырылады (II сатыда). Нәтиже? Деректер 1 және 4 фотондар арасында «уақытша жергілікті емес» кванттық корреляцияның болуын анықтады. Бұл түйісу уақытында ешқашан бірге болмаған екі кванттық жүйеде болуы мүмкін дегенді білдіреді.

Мегидиш пен оның әріптестері олардың нәтижелерінің ықтимал интерпретациясы туралы болжам жасауға көмектесе алмайды. Мүмкін II қадамдағы 1 фотонның поляризациясын өлшеу қандай да бір жолмен 4-тің болашақ поляризациясын бағыттайды немесе V қадамдағы 4 фотонның поляризациясын өлшеу 1 фотонның бұрынғы поляризация күйін қалай да қайта жазады. Алға және артқа кванттық корреляциялар таралады. бір фотонның өлуі мен екіншісінің туылуы арасындағы себептік бослыққа.

Бұл макро масштабта нені білдіреді? Ғалымдар, ықтимал салдарларды талқылай отырып, біздің жұлдыз жарығын бақылауымыз 9 миллиард жыл бұрын фотондардың поляризациясын қандай да бір түрде белгілеген болуы мүмкін екендігі туралы айтады.

Бір жұп американдық және канадалық физиктер, Калифорниядағы Чапман университетінің қызметкері Мэттью С. Лейфер және Онтариодағы Теориялық физика периметрі институтының қызметкері Мэттью Ф. Пуси бірнеше жыл бұрын Эйнштейннің фактісін ұстанбайтын болсақ, байқады. Бөлшекке жасалған өлшемдер өткен және болашақта көрсетілуі мүмкін, бұл жағдайда бұл маңызды емес болады. Кейбір негізгі болжамдарды қайта тұжырымдағаннан кейін ғалымдар Белл теоремасы негізінде кеңістіктің уақытқа түрленетін моделін жасады. Олардың есептеулері уақыт әрқашан алда деп есептесек, қайшылықтардан сүрінетінімізді көрсетеді.

Карл Ровеллидің айтуынша, біздің адамның уақытты қабылдауы жылу энергиясының әрекетімен тығыз байланысты. Неліктен біз болашақты емес, өткенді ғана білеміз? Ғалымның айтуынша, кілт жылы заттардан суыққа қарай жылудың бір бағытты ағыны. Ыстық шыныаяқ кофеге лақтырылған мұз текшесі кофені суытады. Бірақ бұл процесс қайтымсыз. Адам «термодинамикалық машинаның» бір түрі ретінде уақыттың осы жебесімен жүреді және басқа бағытты түсіне алмайды. «Бірақ мен микроскопиялық күйді байқасам, - деп жазады Ровелли, - өткен мен болашақтың арасындағы айырмашылық жоғалады ... заттардың қарапайым грамматикасында себеп пен салдардың арасында ешқандай айырмашылық жоқ».

Уақыт кванттық бөлшектермен өлшенеді

Немесе уақытты кванттау мүмкін бе? Жақында пайда болған жаңа теория ең кішкентай уақыт аралығы секундтың миллиардтан бір миллиардтан бір миллионнан аспауы керек деп болжайды. Теория кем дегенде сағаттың негізгі қасиеті болып табылатын тұжырымдамаға сүйенеді. Теоретиктердің пікірінше, бұл пайымдаудың салдары «барлығының теориясын» жасауға көмектеседі.

Кванттық уақыт тұжырымдамасы жаңа емес. Кванттық гравитация моделі уақытты кванттауды және белгілі бір кене жылдамдығына ие болуды ұсынады. Бұл белгілеу циклі әмбебап минималды бірлік болып табылады және ешбір уақыт өлшемі бұдан кем болуы мүмкін емес. Ғаламның іргетасында ондағы барлық нәрсенің ең төменгі жылдамдығын анықтайтын, басқа бөлшектерге масса беретін өріс болған сияқты. Осы әмбебап сағат жағдайында, «массаны берудің орнына, ол уақыт береді», - деп түсіндіреді уақытты кванттауды ұсынатын бір физик, Мартин Божовальд.

Осындай әмбебап сағатты имитациялау арқылы ол Америка Құрама Штаттарының Пенсильвания штатындағы колледжіндегі әріптестерімен бірге оның атомдық тербелістерді қолданатын жасанды атом сағаттарында белгілі ең дәл нәтижелерді беретінін көрсетті. уақыт өлшемдері. Бұл үлгі бойынша атомдық сағат (5) кейде әмбебап сағатпен синхрондалмаған. Бұл уақытты өлшеудің дәлдігін бір атомдық сағатпен шектейді, яғни екі түрлі атомдық сағаттар өткен кезеңнің ұзақтығына сәйкес келмеуі мүмкін. Біздің ең жақсы атомдық сағаттарымыз бір-бірімен үйлесімді және кенелерді 10-19 секундқа немесе секундтың миллиардтан бір бөлігінің оннан бір бөлігіне дейін өлшей алатынын ескере отырып, уақыттың негізгі бірлігі 10-33 секундтан аспауы керек. Бұл 2020 жылдың маусымында Physical Review Letters журналында шыққан осы теория туралы мақаланың тұжырымдары.

5. Сингапур Ұлттық университетіндегі лютетий негізіндегі атом сағаты.

Мұндай негізгі уақыт бірлігінің бар-жоғын сынау біздің қазіргі технологиялық мүмкіндіктерімізден тыс, бірақ 5,4 × 10–44 секундты құрайтын Планк уақытын өлшеуге қарағанда қол жетімді болып көрінеді.

Көбелек әсері жұмыс істемейді!

Уақытты кванттық әлемнен алып тастау немесе оның кванттауы қызықты салдарға әкелуі мүмкін, бірақ шынын айтсақ, танымал қиял басқа нәрсеге, атап айтқанда, уақытқа саяхатқа негізделген.

Шамамен бір жыл бұрын Коннектикут университетінің физика профессоры Рональд Маллетт CNN-ге ол үшін негіз ретінде пайдалануға болатын ғылыми теңдеу жазғанын айтты. нақты уақыт машинасы. Ол тіпті теорияның негізгі элементін суреттейтін құрылғы жасады. Ол теориялық тұрғыдан мүмкін деп есептейді уақытты циклге айналдырубұл өткенге уақытпен саяхат жасауға мүмкіндік береді. Ол тіпті лазерлердің осы мақсатқа жетуге қалай көмектесетінін көрсететін прототипті жасады. Айта кету керек, Малетттің әріптестері оның уақыт машинасының ешқашан жүзеге асатынына сенімді емес. Тіпті Маллетт оның идеясының осы кезде толығымен теориялық екенін мойындайды.

2019 жылдың соңында New Scientist Канададағы Периметр институтының физиктері Барак Шошани мен Джейкоб Хаузер адам теориялық тұрғыдан бір жерден саяхаттай алатын шешімді сипаттағанын хабарлады. Жаңалықтар тізбегі екіншісіне өту тесік арқылы кеңістік-уақыт немесе туннель, олар айтқандай, «математикалық мүмкін». Бұл модель біз саяхаттай алатын әртүрлі параллельді ғаламдар бар деп болжайды және елеулі кемшілігі бар - уақыт саяхаты саяхатшылардың жеке уақыт кестесіне әсер етпейді. Осылайша, сіз басқа континуумдарға әсер ете аласыз, бірақ біз сапарды бастағанымыз өзгеріссіз қалады.

Ал біз кеңістік-уақыт үздіксіздігінде болғандықтан, оның көмегімен кванттық компьютер Уақыт саяхатын имитациялау үшін ғалымдар жақында көптеген ғылыми-фантастикалық фильмдер мен кітаптарда көрсетілгендей кванттық салада «көбелек әсері» жоқ екенін дәлелдеді. Кванттық деңгейдегі эксперименттерде, зақымдалған, дерлік өзгермеген сияқты, шындық өзін-өзі емдейді. Осы жазда Psyical Review Letters журналында осы тақырып бойынша мақала пайда болды. «Кванттық компьютерде уақыт бойынша қарама-қарсы эволюцияны имитациялауда да, процесті өткенге қайтару процесін имитациялауда да проблемалар жоқ», - деп түсіндірді Миколай Синицын, Лос-Аламос ұлттық зертханасының теориялық физигі және серіктес. зерттеудің авторы. Жұмыс. «Егер біз уақытты артқа қайтарсақ, біраз зиян келтіріп, кері оралсақ, күрделі кванттық әлеммен не болатынын шынымен көре аламыз. Біздің алғашқы дүниеміз аман қалғанын байқаймыз, бұл кванттық механикада көбелек әсері жоқ дегенді білдіреді».

Бұл біз үшін үлкен соққы болғанымен, біз үшін жақсы жаңалық. Кеңістік-уақыт континуумы ​​тұтастықты сақтайды, оның бұзылуына шағын өзгерістерге жол бермейді. Неліктен? Бұл қызықты сұрақ, бірақ уақыттың өзінен сәл басқа тақырып.