Teka-teki wektu

Wektu tansah dadi masalah. Kaping pisanan, angel kanggo wong sing paling cerdas ngerti apa wektu sing sejatine. Dina iki, nalika misale jek kita ngerti babagan iki, akeh sing percaya yen tanpa, paling ora ing pangertèn tradisional, bakal luwih nyaman.

"" Ditulis dening Isaac Newton. Dheweke percaya yen wektu mung bisa dimangerteni kanthi matematis. Kanggo dheweke, wektu mutlak siji-dimensi lan geometri telung dimensi saka Semesta minangka aspek independen lan kapisah saka kasunyatan objektif, lan ing saben wayahe wektu absolut kabeh acara ing Semesta dumadi bebarengan.

Kanthi teori relativitas khusus, Einstein ngilangi konsep wektu simultan. Miturut gagasane, simultaneity ora minangka hubungan mutlak antarane acara: apa sing bebarengan ing siji pigura referensi ora kudu bebarengan ing liyane.

Conto pangerten Einstein babagan wektu yaiku muon saka sinar kosmik. Iki minangka partikel subatomik sing ora stabil kanthi umur rata-rata 2,2 mikrodetik. Kawangun ing atmosfer ndhuwur, lan sanajan kita nyana kanggo lelungan mung 660 meter (kanthi kacepetan cahya 300 km/s) sadurunge disintegrasi, efek dilatasi wektu ngidini muon kosmik kanggo lelungan liwat 000 kilometer menyang lumahing bumi. lan luwih. . Ing pigura referensi karo Bumi, muon urip maneh amarga kacepetan dhuwur.

Ing taun 1907, mantan guru Einstein Hermann Minkowski ngenalaken ruang lan wektu minangka. Spacetime tumindak kaya adegan ing ngendi partikel-partikel obah ing alam semesta relatif marang saben liyane. Nanging, versi spacetime iki ora lengkap (deloken sisan: ). Ora kalebu gravitasi nganti Einstein ngenalake relativitas umum ing taun 1916. Kain ruang-wektu terus-terusan, lancar, melengkung lan cacat amarga anane materi lan energi (2). Gravitasi minangka lengkungan alam semesta, sing disebabake dening badan gedhe lan wangun energi liyane, sing nemtokake dalan sing ditindakake obyek. Kelengkungan iki dinamis, obah nalika obyek pindhah. Minangka fisikawan John Wheeler ngandika, "Spacetime njupuk liwat massa dening marang carane mindhah, lan massa njupuk liwat spacetime dening marang carane kurva."

2. Ruang-wektu Einstein

Wektu lan jagad kuantum

Teori relativitas umum nganggep lumakune wektu dadi kontinyu lan relatif, lan nganggep lumakune wektu universal lan mutlak ing irisan sing dipilih. Ing taun 60-an, upaya sing sukses kanggo nggabungake gagasan sing sadurunge ora kompatibel, mekanika kuantum lan relativitas umum nyebabake apa sing dikenal minangka persamaan Wheeler-DeWitt, minangka langkah menyang teori. gravitasi kuantum. Persamaan iki ngrampungake siji masalah nanging nggawe liyane. Wektu ora ana peran ing persamaan iki. Iki nyebabake kontroversi gedhe ing antarane para fisikawan, sing diarani masalah wektu.

Carlo Rovelli (3), ahli fisika teoretis Italia modern nduweni panemu tartamtu babagan perkara iki. ", dheweke nulis ing buku "Rahasia Wektu".

3. Carlo Rovelli lan bukunipun

Wong-wong sing setuju karo interpretasi mekanika kuantum Copenhagen percaya yen proses kuantum manut persamaan Schrödinger, sing simetris ing wektu lan muncul saka keruntuhan gelombang sawijining fungsi. Ing versi mekanik kuantum entropi, nalika entropi diganti, ora panas sing mili, nanging informasi. Sawetara fisikawan kuantum ngaku wis nemokake asal saka panah wektu. Padha ngomong yen energi dissipates lan obyek kempal amarga partikel dhasar njiret bebarengan nalika padha sesambungan ing wangun "entanglement kuantum." Einstein, bebarengan karo kanca-kancane Podolsky lan Rosen, nemokake prilaku iki ora mungkin amarga bertentangan karo pandangan realis lokal babagan sebab-akibat. Kepiye partikel sing dumunung adoh saka saben liyane bisa sesambungan bebarengan, padha takon.

Ing taun 1964, dheweke ngembangake tes eksperimen sing mbantah pratelan Einstein babagan variabel sing didhelikake. Mula, umume dipercaya manawa informasi bisa lelungan ing antarane partikel-partikel sing dicekel, bisa uga luwih cepet tinimbang sing bisa lelungan cahya. Sa adoh kita ngerti, wektu ora ana kanggo partikel terjepit (4).

Klompok fisikawan ing Universitas Ibrani sing dipimpin dening Eli Megidish ing Yerusalem nglaporake ing 2013 yen dheweke wis sukses ngganggu foton sing ora ana ing wektu. Pisanan, ing langkah pisanan, padha nggawe pasangan foton entangled, 1-2. Ora suwé sawisé iku, padha ngukur polarisasi foton 1 (sipat sing njlèntrèhaké arah oscillates cahya) - saéngga "mateni" (tahap II). Foton 2 dikirim ing lelungan, lan pasangan entangled anyar 3-4 dibentuk (langkah III). Foton 3 banjur diukur bebarengan karo foton 2 lelungan kanthi cara sing koefisien entanglement "ganti" saka pasangan lawas (1-2 lan 3-4) menyang gabungan anyar 2-3 (langkah IV). Sawetara wektu mengko (tahap V) polaritas siji-sijine foton 4 sing isih urip diukur lan asile dibandhingake karo polarisasi foton 1 sing wis suwe mati (bali ing tahap II). Asil? Data kasebut nuduhake anané korélasi kuantum antarane foton 1 lan 4, "non-lokal temporal". Iki tegese entanglement bisa dumadi ing rong sistem kuantum sing ora tau urip bebarengan ing wektu.

Megiddish lan kanca-kancane ora bisa mikir babagan kemungkinan interpretasi asile. Mbok menawa pangukuran polarisasi foton 1 ing langkah II piye wae ngarahake polarisasi mangsa 4, utawa pangukuran polarisasi foton 4 ing langkah V piye wae nulis ulang negara polarisasi sadurunge foton 1. Loro-lorone maju lan mundur, korélasi kuantum nyebar. kanggo kekosongan sabab antarane mati siji foton lan lair liyane.

Apa tegese iki ing skala makro? Para ilmuwan, ngrembug babagan implikasi sing bisa ditindakake, ngomong babagan kemungkinan pengamatan kita babagan cahya lintang piye wae ndhikte polarisasi foton 9 milyar taun kepungkur.

Pasangan saka fisikawan Amérika lan Kanada, Matthew S. Leifer saka Universitas Chapman ing California lan Matthew F. Pusey saka Perimeter Institute for Fisika Teoritis ing Ontario, ngeweruhi sawetara taun kepungkur yen kita ora kelet kanggo kasunyatan sing Einstein. Pangukuran sing digawe ing partikel bisa dibayangke ing jaman kepungkur lan mangsa ngarep, sing dadi ora relevan ing kahanan iki. Sawise ngrumusake maneh sawetara asumsi dhasar, para ilmuwan ngembangake model adhedhasar teorema Bell ing ngendi spasi diowahi dadi wektu. Petungan kasebut nuduhake kenapa, kanthi nganggep manawa wektu kasebut tansah maju, kita kesandhung amarga kontradiksi.

Miturut Carl Rovelli, pemahaman manungsa kita babagan wektu ora bisa dipisahake karo cara energi termal. Napa kita mung ngerti masa lalu lan dudu masa depan? Kuncine, miturut ilmuwan, aliran panas unidirectional saka obyek sing luwih anget menyang sing luwih adhem. Es batu sing dicemplungake ing cangkir kopi panas nggawe kopi dadi adhem. Nanging proses ora bisa dibalèkaké. Manungsa, minangka jenis "mesin termodinamika", ngetutake panah wektu iki lan ora bisa ngerti arah liyane. "Nanging yen aku mirsani kahanan mikroskopis," tulis Rovelli, "prabédan antarane kepungkur lan mangsa bakal ilang ...

Wektu diukur ing pecahan kuantum

Utawa mungkin wektu bisa diukur? Sawijining téyori anyar sing mentas muncul nyaranake manawa interval wektu paling cilik sing bisa dibayangake ora bisa ngluwihi siji yuta milyar saka milyar detik. Teori kasebut ngetutake konsep sing paling sethithik minangka properti dhasar saka jam tangan. Miturut ahli teori, akibat saka nalar iki bisa mbantu nggawe "teori kabeh".

Konsep wektu kuantum ora anyar. Model gravitasi kuantum ngusulake supaya wektu dikuantisasi lan duwe tingkat obah tartamtu. Siklus ticking iki minangka unit minimal universal, lan ora ana dimensi wektu sing bisa kurang saka iki. Kaya-kaya ana lapangan ing pondasi alam semesta sing nemtokake kacepetan minimal saka gerakan kabeh, menehi massa kanggo partikel liyane. Ing kasus jam universal iki, "tinimbang menehi massa, bakal menehi wektu," jelas salah sawijining fisikawan sing ngusulake kanggo ngitung wektu, Martin Bojowald.

Kanthi simulasi jam universal kasebut, dheweke lan kanca-kancane ing Pennsylvania State College ing Amerika Serikat nuduhake yen bakal nggawe prabédan ing jam atom buatan, sing nggunakake getaran atom kanggo ngasilake asil sing paling akurat. pangukuran wektu. Miturut model iki, jam atom (5) kadhangkala ora nyinkronake karo jam universal. Iki bakal mbatesi akurasi pangukuran wektu menyang jam atom siji, tegese rong jam atom sing beda bisa uga ora cocog karo dawa wektu sing wis liwati. Amarga jam atom paling apik kita konsisten karo saben liyane lan bisa ngukur kutu nganti 10-19 detik, utawa sepersepuluh milyar saka milyar detik, unit dhasar wektu ora bisa luwih saka 10-33 detik. Iki minangka kesimpulan saka artikel babagan teori iki sing muncul ing wulan Juni 2020 ing jurnal Physical Review Letters.

5. Jam atom berbasis Lutetium ing Universitas Nasional Singapura.

Nguji manawa unit dhasar wektu kasebut ana ngluwihi kemampuan teknologi saiki, nanging isih luwih gampang diakses tinimbang ngukur wektu Planck, yaiku 5,4 × 10–44 detik.

Efek kupu-kupu ora bisa!

Mbusak wektu saka donya kuantum utawa quantizing iku bisa duwe jalaran menarik, nanging jujur, imajinasi populer wis mimpin dening liyane, yaiku time travel.

Kira-kira setahun kepungkur, profesor fisika Universitas Connecticut Ronald Mallett marang CNN yen dheweke wis nulis persamaan ilmiah sing bisa digunakake minangka basis kanggo mesin wektu nyata. Dheweke malah nggawe piranti kanggo nggambarake unsur kunci teori kasebut. Dheweke percaya yen bisa kanthi teoritis ngowahi wektu dadi puteransing bakal ngidini wektu lelungan menyang jaman kepungkur. Dheweke malah nggawe prototipe sing nuduhake carane laser bisa mbantu nggayuh tujuan kasebut. Perlu dicathet yen kanca-kancane Mallett ora yakin manawa mesin wektune bakal dadi nyata. Malah Mallett ngakoni manawa ide kasebut pancen teoritis ing wektu iki.

Ing pungkasan taun 2019, New Scientist nglaporake manawa fisikawan Barak Shoshani lan Jacob Hauser saka Institut Perimeter ing Kanada nggambarake solusi sing bisa ditindakake kanthi teoritis saka siji. feed warta kanggo kapindho, liwat liwat bolongan ing papan-wektu utawa trowongan, lagi ngomong, "matematis bisa". Model iki nganggep manawa ana alam semesta paralel sing beda-beda sing bisa kita lelungan, lan duwe kekurangan serius - lelungan wektu ora mengaruhi timeline para lelungan dhewe. Kanthi cara iki, sampeyan bisa mangaruhi kontinum liyane, nanging sing miwiti lelungan tetep ora owah.

Lan wiwit kita ana ing ruang-wektu continuua, banjur karo bantuan saka komputer kuantum Kanggo niru lelungan wektu, para ilmuwan bubar mbuktekake manawa ora ana "efek kupu-kupu" ing alam kuantum, kaya sing katon ing pirang-pirang film lan buku fiksi ilmiah. Ing eksperimen ing tingkat kuantum, rusak, katon meh ora owah, kaya-kaya kasunyatan bisa nambani dhewe. A makalah babagan subyek kasebut muncul ing musim panas iki ing Psysical Review Letters. "Ing komputer kuantum, ora ana masalah karo simulasi evolusi ngelawan ing wektu, utawa simulasi proses mindhah proses bali menyang jaman kepungkur," jelas Mikolay Sinitsyn, ahli fisika teoretis ing Laboratorium Nasional Los Alamos lan co- penulis sinau. Kerja. "Kita bisa ndeleng apa sing kedadeyan ing jagad kuantum sing kompleks yen kita bali ing wektu, nambah karusakan lan bali. Kita nemokake yen jagad primordial kita wis slamet, tegese ora ana efek kupu-kupu ing mekanika kuantum.

Iki minangka pukulan gedhe kanggo kita, nanging uga kabar apik kanggo kita. Kontinuum ruang-wektu njaga integritas, ora ngidini owah-owahan cilik ngrusak. Kenging punapa? Iki minangka pitakonan sing menarik, nanging topik sing rada beda tinimbang wektu dhewe.