Riddle o amser

Mae amser wedi bod yn broblem erioed. Yn gyntaf, roedd yn anodd i hyd yn oed y meddyliau mwyaf disglair ddeall faint o amser oedd mewn gwirionedd. Heddiw, pan ymddengys i ni ein bod yn deall hyn i raddau, mae llawer yn credu y bydd hebddo, o leiaf yn yr ystyr traddodiadol, yn fwy cyfforddus.

"" Ysgrifennwyd gan Isaac Newton. Credai mai dim ond yn fathemategol y gellid deall amser mewn gwirionedd. Iddo ef, roedd amser absoliwt un-dimensiwn a geometreg tri dimensiwn y Bydysawd yn agweddau annibynnol ac ar wahân ar realiti gwrthrychol, ac ar bob eiliad o amser absoliwt, digwyddodd pob digwyddiad yn y Bydysawd ar yr un pryd.

Gyda'i ddamcaniaeth arbennig o berthnasedd, tynnodd Einstein y cysyniad o amser cydamserol. Yn ôl ei syniad ef, nid yw cydamseroldeb yn berthynas absoliwt rhwng digwyddiadau: ni fydd yr hyn sydd ar yr un pryd mewn un ffrâm gyfeirio o reidrwydd yn gydamserol mewn ffrâm arall.

Enghraifft o ddealltwriaeth Einstein o amser yw'r muon o belydrau cosmig. Mae'n gronyn isatomig ansefydlog gydag oes gyfartalog o 2,2 microseconds. Mae'n ffurfio yn yr atmosffer uchaf, ac er ein bod yn disgwyl iddo deithio dim ond 660 metr (ar gyflymder golau 300 km/s) cyn chwalu, mae effeithiau ymlediad amser yn caniatáu i fwons cosmig deithio dros 000 cilomedr i wyneb y Ddaear. ac ymhellach. . Mewn ffrâm gyfeirio gyda'r Ddaear, mae muons yn byw'n hirach oherwydd eu cyflymder uchel.

Ym 1907, cyflwynodd cyn-athro Einstein, Hermann Minkowski, ofod ac amser fel. Mae amser gofod yn ymddwyn fel golygfa lle mae gronynnau'n symud yn y bydysawd o'u cymharu â'i gilydd. Fodd bynnag, roedd y fersiwn hwn o spacetime yn anghyflawn (Gweld hefyd: ). Nid oedd yn cynnwys disgyrchiant nes i Einstein gyflwyno perthnasedd cyffredinol ym 1916. Mae ffabrig gofod-amser yn barhaus, yn llyfn, wedi'i wared ac wedi'i ddadffurfio gan bresenoldeb mater ac egni (2). Disgyrchiant yw crymedd y bydysawd, a achosir gan gyrff enfawr a mathau eraill o egni, sy'n pennu'r llwybr y mae gwrthrychau yn ei gymryd. Mae'r crymedd hwn yn ddeinamig, yn symud wrth i wrthrychau symud. Fel y dywed y ffisegydd John Wheeler, "Mae gofod yn cymryd drosodd màs trwy ddweud wrtho sut i symud, ac mae màs yn cymryd drosodd amser gofod trwy ddweud wrtho sut i gromlinio."

2. Gofod-amser Einstein

Amser a'r byd cwantwm

Mae damcaniaeth gyffredinol perthnasedd yn ystyried treigl amser yn barhaus ac yn gymharol, ac yn ystyried treigl amser yn gyffredinol ac absoliwt yn y dafell ddethol. Yn y 60au, arweiniodd ymgais lwyddiannus i gyfuno syniadau anghydnaws yn flaenorol, mecaneg cwantwm a pherthnasedd cyffredinol at yr hyn a elwir yn hafaliad Wheeler-DeWitt, cam tuag at y ddamcaniaeth. disgyrchiant cwantwm. Datrysodd yr hafaliad hwn un broblem ond creodd un arall. Nid yw amser yn chwarae unrhyw ran yn yr hafaliad hwn. Mae hyn wedi arwain at ddadl fawr ymhlith ffisegwyr, y maen nhw'n ei alw'n broblem amser.

Carlo Rovelli (3), mae gan ffisegydd damcaniaethol Eidalaidd modern farn bendant ar y mater hwn. “, ysgrifennodd yn y llyfr “The Secret of Time”.

3. Carlo Rovelli a'i lyfr

Mae'r rhai sy'n cytuno â dehongliad Copenhagen o fecaneg cwantwm yn credu bod prosesau cwantwm yn ufuddhau i hafaliad Schrödinger, sy'n gymesur o ran amser ac yn deillio o gwymp ffwythiant tonnau. Yn y fersiwn mecanyddol cwantwm o entropi, pan fydd entropi yn newid, nid gwres sy'n llifo, ond gwybodaeth. Mae rhai ffisegwyr cwantwm yn honni eu bod wedi dod o hyd i darddiad y saeth amser. Maen nhw'n dweud bod egni'n afradloni a gwrthrychau'n alinio oherwydd bod gronynnau elfennol yn clymu wrth ei gilydd wrth iddynt ryngweithio ar ffurf "ymalu cwantwm." Canfu Einstein, ynghyd â'i gydweithwyr Podolsky a Rosen, fod yr ymddygiad hwn yn amhosibl oherwydd ei fod yn gwrth-ddweud y farn realaidd leol o achosiaeth. Sut gall gronynnau sydd wedi'u lleoli ymhell oddi wrth ei gilydd ryngweithio â'i gilydd ar unwaith, gofynnwyd.

Ym 1964, datblygodd brawf arbrofol a wrthbrofodd honiadau Einstein am newidynnau cudd fel y'u gelwir. Felly, credir yn eang bod gwybodaeth yn teithio rhwng gronynnau sydd wedi'u sownd, a allai fod yn gyflymach nag y gall golau deithio. Hyd y gwyddom, nid yw amser yn bodoli ar gyfer gronynnau wedi'u sownd (4).

Adroddodd grŵp o ffisegwyr yn y Brifysgol Hebraeg dan arweiniad Eli Megidish yn Jerwsalem yn 2013 eu bod wedi llwyddo i ddal ffotonau nad oeddent yn cydfodoli mewn amser. Yn gyntaf, yn y cam cyntaf, fe wnaethon nhw greu pâr o ffotonau wedi'u maglu, 1-2. Yn fuan wedi hynny, fe wnaethant fesur polareiddio ffoton 1 (priodwedd sy'n disgrifio'r cyfeiriad y mae golau'n osgiladu ynddo) - a thrwy hynny ei "ladd" (cam II). Anfonwyd ffoton 2 ar daith, a ffurfiwyd pâr maglu newydd 3-4 (cam III). Yna mesurwyd ffoton 3 ynghyd â'r ffoton teithiol 2 yn y fath fodd fel bod y cyfernod ymgolli "wedi newid" o'r hen barau (1-2 a 3-4) i'r 2-3 cyfun newydd (cam IV). Beth amser yn ddiweddarach (cam V) mae polaredd yr unig ffoton 4 sydd wedi goroesi yn cael ei fesur a chaiff y canlyniadau eu cymharu â pholareiddiad y ffoton marw hir 1 (yn ôl yng ngham II). Canlyniad? Datgelodd y data bresenoldeb cydberthnasau cwantwm rhwng ffotonau 1 a 4, "dros dro nad ydynt yn lleol". Mae hyn yn golygu y gall maglu ddigwydd mewn dwy system cwantwm nad ydynt erioed wedi cydfodoli mewn amser.

Ni all Megiddish a'i gydweithwyr helpu ond dyfalu ynghylch dehongliadau posibl o'u canlyniadau. Efallai bod mesur polareiddio ffoton 1 yng ngham II rywsut yn cyfeirio polareiddio 4 yn y dyfodol, neu mae mesur polareiddio ffoton 4 yng ngham V rywsut yn trosysgrifo cyflwr polareiddio blaenorol ffoton 1. Yn y ddau gyfeiriad ymlaen ac yn ôl, cwantwm mae cydberthynas yn ymledu i'r bwlch achosol rhwng marwolaeth un ffoton a genedigaeth un arall.

Beth mae hyn yn ei olygu ar raddfa macro? Mae gwyddonwyr, wrth drafod y goblygiadau posibl, yn siarad am y posibilrwydd bod ein harsylwadau o olau seren rywsut wedi pennu pegynu ffotonau 9 biliwn o flynyddoedd yn ôl.

Mae pâr o ffisegwyr Americanaidd a Chanada, Matthew S. Leifer ym Mhrifysgol Chapman yng Nghaliffornia a Matthew F. Pusey yn y Sefydliad Perimeter ar gyfer Ffiseg Ddamcaniaethol yn Ontario, sylwi ychydig flynyddoedd yn ôl os nad ydym yn cadw at y ffaith bod Einstein. Gall mesuriadau a wneir ar ronyn gael eu hadlewyrchu yn y gorffennol a'r dyfodol, sy'n dod yn amherthnasol yn y sefyllfa hon. Ar ôl ailfformiwleiddio rhai rhagdybiaethau sylfaenol, datblygodd y gwyddonwyr fodel yn seiliedig ar theorem Bell lle mae gofod yn cael ei drawsnewid yn amser. Mae eu cyfrifiadau yn dangos pam, gan dybio bod amser o'n blaenau bob amser, rydym yn baglu dros wrthddywediadau.

Yn ôl Carl Rovelli, mae ein canfyddiad dynol o amser yn annatod gysylltiedig â sut mae ynni thermol yn ymddwyn. Pam mai dim ond y gorffennol rydyn ni'n ei wybod ac nid y dyfodol? Yr allwedd, yn ôl y gwyddonydd, llif gwres un cyfeiriad o wrthrychau cynhesach i rai oerach. Mae ciwb iâ wedi'i daflu i baned poeth o goffi yn oeri'r coffi. Ond mae'r broses yn ddiwrthdro. Mae dyn, fel math o "beiriant thermodynamig", yn dilyn y saeth amser hon ac nid yw'n gallu deall cyfeiriad arall. “Ond os gwelaf gyflwr microsgopig,” ysgrifenna Rovelli, “mae’r gwahaniaeth rhwng y gorffennol a’r dyfodol yn diflannu… yng ngramadeg elfennol pethau does dim gwahaniaeth rhwng achos ac effaith.”

Amser wedi'i fesur mewn ffracsiynau cwantwm

Neu efallai y gellir meintioli amser? Mae damcaniaeth newydd a ddaeth i'r amlwg yn ddiweddar yn awgrymu na all y cyfnod lleiaf posibl fod yn fwy na miliynfed o biliynfed o biliynfed o eiliad. Mae'r ddamcaniaeth yn dilyn cysyniad sydd o leiaf yn eiddo sylfaenol oriawr. Yn ôl damcaniaethwyr, gall canlyniadau'r rhesymu hwn helpu i greu "theori popeth".

Nid yw'r cysyniad o amser cwantwm yn newydd. Model o ddisgyrchiant cwantwm yn cynnig meintioli amser a chael cyfradd dicio benodol. Y cylch ticio hwn yw'r uned leiaf cyffredinol, ac ni all unrhyw ddimensiwn amser fod yn llai na hyn. Byddai fel pe bai cae ar sylfaen y bydysawd sy'n pennu cyflymder symud lleiaf popeth sydd ynddo, gan roi màs i ronynnau eraill. Yn achos y cloc cyffredinol hwn, "yn hytrach na rhoi màs, bydd yn rhoi amser," eglura un ffisegydd sy'n bwriadu meintioli amser, Martin Bojowald.

Trwy fodelu cloc mor gyffredinol, dangosodd ef a'i gydweithwyr yng Ngholeg Talaith Pennsylvania yn yr Unol Daleithiau y byddai'n gwneud gwahaniaeth mewn clociau atomig artiffisial, sy'n defnyddio dirgryniadau atomig i gynhyrchu'r canlyniadau mwyaf cywir y gwyddys amdanynt. mesuriadau amser. Yn ôl y model hwn, weithiau nid oedd y cloc atomig (5) yn cydamseru â'r cloc cyffredinol. Byddai hyn yn cyfyngu cywirdeb mesur amser i un cloc atomig, gan olygu y gallai dau gloc atomig gwahanol beidio â chyfateb hyd y cyfnod a aeth heibio. O ystyried bod ein clociau atomig gorau yn gyson â'i gilydd ac yn gallu mesur trogod i lawr i 10-19 eiliad, neu un rhan o ddeg o biliynfed o biliynfed o eiliad, ni all yr uned amser sylfaenol fod yn fwy na 10-33 eiliad. Dyma gasgliadau erthygl ar y ddamcaniaeth hon a ymddangosodd ym mis Mehefin 2020 yn y cyfnodolyn Physical Review Letters.

5. Cloc atomig seiliedig ar lutetiwm ym Mhrifysgol Genedlaethol Singapore.

Mae profi a yw uned sylfaen o’r fath yn bodoli y tu hwnt i’n galluoedd technolegol presennol, ond mae’n dal i ymddangos yn fwy hygyrch na mesur amser Planck, sef 5,4 × 10–44 eiliad.

Nid yw'r effaith pili-pala yn gweithio!

Gall tynnu amser o'r byd cwantwm neu ei fesur arwain at ganlyniadau diddorol, ond gadewch i ni fod yn onest, mae'r dychymyg poblogaidd yn cael ei yrru gan rywbeth arall, sef teithio amser.

Tua blwyddyn yn ôl, dywedodd athro ffiseg Prifysgol Connecticut Ronald Mallett wrth CNN ei fod wedi ysgrifennu hafaliad gwyddonol y gellid ei ddefnyddio fel sail ar gyfer peiriant amser real. Adeiladodd ddyfais hyd yn oed i ddarlunio elfen allweddol o'r ddamcaniaeth. Mae'n credu ei fod yn bosibl yn ddamcaniaethol troi amser yn ddolena fyddai'n caniatáu teithio amser i'r gorffennol. Adeiladodd hyd yn oed brototeip yn dangos sut y gall laserau helpu i gyflawni'r nod hwn. Dylid nodi nad yw cydweithwyr Mallett yn argyhoeddedig y bydd ei beiriant amser byth yn dod i'r fei. Mae hyd yn oed Mallett yn cyfaddef bod ei syniad yn hollol ddamcaniaethol ar hyn o bryd.

Ar ddiwedd 2019, adroddodd New Scientist fod ffisegwyr Barak Shoshani a Jacob Hauser o'r Sefydliad Perimeter yng Nghanada wedi disgrifio datrysiad lle gallai person deithio'n ddamcaniaethol o un. porthiant newyddion i'r ail, gan basio trwy dwll i mewn gofod-amser neu dwnnel, fel y dywedant, "mathematically possible". Mae'r model hwn yn rhagdybio bod yna wahanol fydysawdau cyfochrog y gallwn deithio ynddynt, ac mae ganddo anfantais ddifrifol - nid yw teithio amser yn effeithio ar linell amser y teithwyr eu hunain. Yn y modd hwn, gallwch chi ddylanwadu ar gontinwymau eraill, ond mae'r un y dechreuon ni'r daith ohoni yn parhau heb ei newid.

A chan ein bod mewn continua gofod-amser, yna gyda chymorth cyfrifiadur cwantwm Er mwyn efelychu teithio amser, profodd gwyddonwyr yn ddiweddar nad oes gan y byd cwantwm yr "effaith pili pala" a welir mewn llawer o ffilmiau a llyfrau ffuglen wyddonol. Mewn arbrofion ar y lefel cwantwm, difrodi, bron yn ddigyfnewid yn ôl pob golwg, fel pe bai realiti yn gwella ei hun. Ymddangosodd papur ar y pwnc yr haf hwn yn Psysical Review Letters. “Ar gyfrifiadur cwantwm, nid oes unrhyw broblemau naill ai gydag efelychu’r esblygiad i’r gwrthwyneb mewn amser, nac ag efelychu’r broses o symud y broses yn ôl i’r gorffennol,” esboniodd Mikolay Sinitsyn, ffisegydd damcaniaethol yn Labordy Cenedlaethol Los Alamos a chyd-. awdur yr astudiaeth. Gwaith. “Gallwn wir weld beth sy’n digwydd i’r byd cwantwm cymhleth os awn yn ôl mewn amser, ychwanegu rhywfaint o ddifrod a mynd yn ôl. Rydyn ni'n gweld bod ein byd primordial wedi goroesi, sy'n golygu nad oes unrhyw effaith pili-pala mewn mecaneg cwantwm."

Mae hyn yn ergyd fawr i ni, ond hefyd yn newyddion da i ni. Mae'r continwwm gofod-amser yn cynnal cyfanrwydd, heb ganiatáu i newidiadau bach ei ddinistrio. Pam? Mae hwn yn gwestiwn diddorol, ond yn bwnc ychydig yn wahanol i amser ei hun.