Teka-teki masa

Masa sentiasa menjadi masalah. Mula-mula, sukar bagi orang yang paling bijak untuk memahami masa sebenarnya. Hari ini, apabila nampaknya kita memahami ini sedikit sebanyak, ramai yang percaya bahawa tanpanya, sekurang-kurangnya dalam erti kata tradisional, ia akan menjadi lebih selesa.

"" Ditulis oleh Isaac Newton. Dia percaya bahawa masa hanya boleh benar-benar difahami secara matematik. Baginya, masa mutlak satu dimensi dan geometri tiga dimensi Alam Semesta adalah aspek bebas dan berasingan dari realiti objektif, dan pada setiap saat masa mutlak semua peristiwa di Alam Semesta berlaku serentak.

Dengan teori relativiti khasnya, Einstein mengeluarkan konsep masa serentak. Menurut ideanya, serentak bukanlah hubungan mutlak antara peristiwa: apa yang serentak dalam satu kerangka rujukan tidak semestinya serentak dalam yang lain.

Contoh pemahaman Einstein tentang masa ialah muon daripada sinar kosmik. Ia adalah zarah subatom yang tidak stabil dengan jangka hayat purata 2,2 mikrosaat. Ia terbentuk di atmosfera atas, dan walaupun kami menjangkakan ia bergerak hanya 660 meter (pada kelajuan cahaya 300 km/s) sebelum hancur, kesan pelebaran masa membenarkan muon kosmik mengembara lebih 000 kilometer ke permukaan Bumi. dan seterusnya. . Dalam rangka rujukan dengan Bumi, muon hidup lebih lama kerana kelajuannya yang tinggi.

Pada tahun 1907, bekas guru Einstein Hermann Minkowski memperkenalkan ruang dan masa sebagai. Ruang masa berkelakuan seperti adegan di mana zarah bergerak di alam semesta secara relatif antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, versi ruang masa ini tidak lengkap (lihat juga: ). Ia tidak termasuk graviti sehingga Einstein memperkenalkan relativiti am pada tahun 1916. Fabrik ruang-masa adalah berterusan, licin, meleding dan cacat oleh kehadiran jirim dan tenaga (2). Graviti ialah kelengkungan alam semesta, yang disebabkan oleh jasad besar dan bentuk tenaga lain, yang menentukan laluan yang diambil oleh objek. Kelengkungan ini adalah dinamik, bergerak semasa objek bergerak. Seperti yang dikatakan oleh ahli fizik John Wheeler, "Masa ruang mengambil alih jisim dengan memberitahunya cara bergerak, dan jisim mengambil alih ruang masa dengan memberitahunya cara melengkung."

2. Ruang-masa Einstein

Masa dan dunia kuantum

Teori umum relativiti menganggap peredaran masa adalah berterusan dan relatif, dan menganggap peredaran masa sebagai universal dan mutlak dalam kepingan yang dipilih. Pada tahun 60-an, percubaan yang berjaya untuk menggabungkan idea yang tidak serasi sebelum ini, mekanik kuantum dan relativiti am membawa kepada apa yang dikenali sebagai persamaan Wheeler-DeWitt, satu langkah ke arah teori. graviti kuantum. Persamaan ini menyelesaikan satu masalah tetapi mencipta masalah lain. Masa tidak memainkan peranan dalam persamaan ini. Ini telah membawa kepada kontroversi besar di kalangan ahli fizik, yang mereka panggil masalah masa.

Carlo Rovelli (3), seorang ahli fizik teori Itali moden mempunyai pendapat yang pasti mengenai perkara ini. ", dia menulis dalam buku "Rahsia Masa".

3. Carlo Rovelli dan bukunya

Mereka yang bersetuju dengan tafsiran Copenhagen tentang mekanik kuantum percaya bahawa proses kuantum mematuhi persamaan Schrödinger, yang simetri dalam masa dan timbul daripada keruntuhan gelombang fungsi. Dalam versi mekanik kuantum entropi, apabila entropi berubah, bukan haba yang mengalir, tetapi maklumat. Beberapa ahli fizik kuantum mendakwa telah menemui asal usul anak panah masa. Mereka mengatakan bahawa tenaga hilang dan objek diselaraskan kerana zarah asas mengikat apabila ia berinteraksi dalam bentuk "belitan kuantum." Einstein, bersama-sama rakan sekerjanya Podolsky dan Rosen, menganggap tingkah laku sedemikian adalah mustahil kerana ia bercanggah dengan pandangan realis tempatan tentang sebab musabab. Bagaimana zarah yang terletak jauh antara satu sama lain boleh berinteraksi antara satu sama lain sekaligus, mereka bertanya.

Pada tahun 1964, beliau membangunkan ujian eksperimen yang menyangkal dakwaan Einstein tentang apa yang dipanggil pembolehubah tersembunyi. Oleh itu, adalah dipercayai secara meluas bahawa maklumat bergerak antara zarah terjerat, berpotensi lebih pantas daripada perjalanan cahaya. Setahu kita, masa tidak wujud untuk zarah terjerat (4).

Sekumpulan ahli fizik di Universiti Hebrew yang diketuai oleh Eli Megidish di Jerusalem melaporkan pada 2013 bahawa mereka telah berjaya menjerat foton yang tidak wujud bersama dalam masa. Mula-mula, pada langkah pertama, mereka mencipta sepasang foton terjerat, 1-2. Tidak lama selepas itu, mereka mengukur polarisasi foton 1 (suatu sifat yang menerangkan arah di mana cahaya berayun) - dengan itu "membunuh"nya (peringkat II). Foton 2 dihantar dalam perjalanan, dan pasangan terjerat baru 3-4 telah terbentuk (langkah III). Foton 3 kemudiannya diukur bersama-sama dengan foton 2 yang bergerak sedemikian rupa sehingga pekali belitan "berubah" daripada pasangan lama (1-2 dan 3-4) kepada gabungan baru 2-3 (langkah IV). Beberapa ketika kemudian (peringkat V) kekutuban satu-satunya foton 4 yang masih hidup diukur dan hasilnya dibandingkan dengan polarisasi foton 1 yang sudah lama mati (kembali ke peringkat II). Hasilnya? Data mendedahkan kehadiran korelasi kuantum antara foton 1 dan 4, "secara sementara bukan tempatan". Ini bermakna keterikatan boleh berlaku dalam dua sistem kuantum yang tidak pernah wujud bersama dalam masa.

Megiddish dan rakan-rakannya tidak dapat membantu tetapi membuat spekulasi tentang kemungkinan tafsiran keputusan mereka. Mungkin pengukuran polarisasi foton 1 dalam langkah II entah bagaimana mengarahkan polarisasi masa depan 4, atau pengukuran polarisasi foton 4 dalam langkah V entah bagaimana menulis semula keadaan polarisasi sebelumnya foton 1. Kedua-dua ke hadapan dan ke belakang, korelasi kuantum merambat kepada kekosongan sebab antara kematian satu foton dan kelahiran foton yang lain.

Apakah maksud ini pada skala makro? Para saintis, membincangkan kemungkinan implikasi, bercakap tentang kemungkinan bahawa pemerhatian kami terhadap cahaya bintang entah bagaimana menentukan polarisasi foton 9 bilion tahun yang lalu.

Sepasang ahli fizik Amerika dan Kanada, Matthew S. Leifer dari Chapman University di California dan Matthew F. Pusey dari Perimeter Institute for Theoretical Physics di Ontario, menyedari beberapa tahun lalu bahawa jika kita tidak berpegang pada fakta bahawa Einstein. Pengukuran yang dibuat pada zarah boleh dicerminkan pada masa lalu dan masa depan, yang menjadi tidak relevan dalam situasi ini. Selepas merumuskan semula beberapa andaian asas, para saintis membangunkan model berdasarkan teorem Bell, di mana ruang diubah menjadi masa. Pengiraan mereka menunjukkan mengapa, dengan mengandaikan bahawa masa sentiasa di hadapan, kita tersandung atas percanggahan.

Menurut Carl Rovelli, persepsi manusia kita tentang masa berkait rapat dengan cara tenaga haba bertindak. Mengapa kita hanya tahu masa lalu dan bukan masa depan? Kuncinya, menurut saintis, pengaliran haba satu arah daripada objek yang lebih panas kepada yang lebih sejuk. Ketulan ais yang dibuang ke dalam secawan kopi panas menyejukkan kopi. Tetapi proses itu tidak dapat dipulihkan. Manusia, sebagai sejenis "mesin termodinamik", mengikuti anak panah masa ini dan tidak dapat memahami arah lain. "Tetapi jika saya memerhatikan keadaan mikroskopik," tulis Rovelli, "perbezaan antara masa lalu dan masa depan hilang ... dalam tatabahasa asas sesuatu tidak ada perbezaan antara sebab dan akibat."

Masa diukur dalam pecahan kuantum

Atau mungkin masa boleh diukur? Teori baru yang muncul baru-baru ini mencadangkan bahawa selang masa terkecil yang boleh difikirkan tidak boleh melebihi satu persejuta satu bilion daripada satu bilion saat. Teori ini mengikuti konsep yang sekurang-kurangnya merupakan harta asas jam tangan. Menurut ahli teori, akibat daripada penaakulan ini boleh membantu untuk mencipta "teori segala-galanya".

Konsep masa kuantum bukanlah sesuatu yang baru. Model graviti kuantum mencadangkan masa dikuantisasi dan mempunyai kadar tanda tertentu. Kitaran berdetik ini ialah unit minimum universal, dan tiada dimensi masa boleh kurang daripada ini. Seolah-olah terdapat medan di asas alam semesta yang menentukan kelajuan minimum segala-galanya di dalamnya, memberikan jisim kepada zarah lain. Dalam kes jam sejagat ini, "daripada memberi jisim, ia akan memberi masa," jelas seorang ahli fizik yang mencadangkan untuk mengukur masa, Martin Bojowald.

Dengan mensimulasikan jam sejagat sedemikian, dia dan rakan-rakannya di Pennsylvania State College di Amerika Syarikat menunjukkan bahawa ia akan membuat perbezaan dalam jam atom buatan, yang menggunakan getaran atom untuk menghasilkan keputusan paling tepat yang diketahui. ukuran masa. Menurut model ini, jam atom (5) kadangkala tidak disegerakkan dengan jam universal. Ini akan mengehadkan ketepatan pengukuran masa kepada jam atom tunggal, bermakna dua jam atom yang berbeza mungkin tidak sepadan dengan panjang tempoh yang berlalu. Memandangkan jam atom terbaik kami adalah konsisten antara satu sama lain dan boleh mengukur detik hingga 10-19 saat, atau satu persepuluh daripada satu bilion daripada satu bilion saat, unit asas masa tidak boleh melebihi 10-33 saat. Ini adalah kesimpulan artikel mengenai teori ini yang muncul pada Jun 2020 dalam jurnal Physical Review Letters.

5. Jam atom berasaskan Lutetium di Universiti Nasional Singapura.

Menguji sama ada unit asas masa sedemikian wujud adalah di luar keupayaan teknologi semasa kami, tetapi masih kelihatan lebih mudah daripada mengukur masa Planck, iaitu 5,4 × 10–44 saat.

Kesan rama-rama tidak berkesan!

Mengeluarkan masa dari dunia kuantum atau mengkuantumkannya boleh mendatangkan akibat yang menarik, tetapi jujurlah, imaginasi popular didorong oleh sesuatu yang lain, iaitu perjalanan masa.

Kira-kira setahun yang lalu, profesor fizik Universiti Connecticut Ronald Mallett memberitahu CNN bahawa dia telah menulis persamaan saintifik yang boleh digunakan sebagai asas untuk mesin masa sebenar. Dia juga membina peranti untuk menggambarkan elemen utama teori itu. Dia percaya bahawa secara teorinya mungkin mengubah masa menjadi gelungyang akan membolehkan perjalanan masa ke masa lalu. Dia juga membina prototaip yang menunjukkan bagaimana laser boleh membantu mencapai matlamat ini. Perlu diingatkan bahawa rakan-rakan Mallett tidak yakin bahawa mesin masanya akan menjadi kenyataan. Malah Mallett mengakui bahawa ideanya adalah sepenuhnya teori pada ketika ini.

Pada akhir 2019, New Scientist melaporkan bahawa ahli fizik Barak Shoshani dan Jacob Hauser dari Institut Perimeter di Kanada menerangkan penyelesaian di mana seseorang secara teorinya boleh melakukan perjalanan dari satu suapan berita kepada yang kedua, berlalu melalui lubang masuk ruang masa atau terowong, seperti yang mereka katakan, "mungkin secara matematik". Model ini menganggap terdapat alam semesta selari yang berbeza di mana kita boleh mengembara, dan mempunyai kelemahan yang serius - perjalanan masa tidak menjejaskan garis masa pengembara itu sendiri. Dengan cara ini, anda boleh mempengaruhi kontinum lain, tetapi kontinum dari mana kami memulakan perjalanan kekal tidak berubah.

Dan oleh kerana kita berada dalam kontinua ruang-masa, maka dengan bantuan komputer kuantum Untuk mensimulasikan perjalanan masa, saintis baru-baru ini membuktikan bahawa tiada "kesan rama-rama" dalam alam kuantum, seperti yang dilihat dalam banyak filem dan buku fiksyen sains. Dalam eksperimen di peringkat kuantum, rosak, nampaknya hampir tidak berubah, seolah-olah realiti menyembuhkan dirinya sendiri. Kertas kerja mengenai subjek itu muncul pada musim panas ini dalam Surat Kajian Psikal. "Pada komputer kuantum, tidak ada masalah sama ada dengan mensimulasikan evolusi yang bertentangan dalam masa, atau dengan mensimulasikan proses memindahkan proses kembali ke masa lalu," jelas Mikolay Sinitsyn, ahli fizik teori di Makmal Kebangsaan Los Alamos dan bersama- pengarang kajian. Kerja. "Kita benar-benar dapat melihat apa yang berlaku kepada dunia kuantum yang kompleks jika kita kembali ke masa lalu, menambah sedikit kerosakan dan kembali. Kami mendapati bahawa dunia primordial kami telah bertahan, yang bermaksud tiada kesan rama-rama dalam mekanik kuantum."

Ini adalah tamparan hebat untuk kami, tetapi juga berita baik untuk kami. Kontinum ruang-masa mengekalkan integriti, tidak membenarkan perubahan kecil memusnahkannya. kenapa? Ini adalah soalan yang menarik, tetapi topik yang sedikit berbeza daripada masa itu sendiri.