Endevinalla del temps

El temps sempre ha estat un problema. Primer, fins i tot a les ments més brillants era difícil entendre què era realment el temps. Avui, quan ens sembla que ho entenem fins a cert punt, molts creuen que sense ell, almenys en el sentit tradicional, serà més còmode.

"" Escrit per Isaac Newton. Creia que el temps només es podia entendre realment matemàticament. Per a ell, el temps absolut unidimensional i la geometria tridimensional de l'Univers eren aspectes independents i separats de la realitat objectiva, i en cada moment del temps absolut tots els esdeveniments de l'Univers es produïen simultàniament.

Amb la seva teoria especial de la relativitat, Einstein va eliminar el concepte de temps simultani. Segons la seva idea, la simultaneïtat no és una relació absoluta entre esdeveniments: allò que està simultàniament en un marc de referència no necessàriament ho serà simultàniament en un altre.

Un exemple de la comprensió d'Einstein del temps és el muó dels raigs còsmics. És una partícula subatòmica inestable amb una vida útil mitjana de 2,2 microsegons. Es forma a l'atmosfera superior, i encara que esperem que viatgi només 660 metres (a la velocitat de la llum 300 km/s) abans de desintegrar-se, els efectes de la dilatació del temps permeten que els muons còsmics viatgin més de 000 quilòmetres fins a la superfície de la Terra. i més enllà. . En un marc de referència amb la Terra, els muons viuen més temps a causa de la seva gran velocitat.

El 1907, l'antic professor d'Einstein, Hermann Minkowski, va introduir l'espai i el temps com. L'espai-temps es comporta com una escena en què les partícules es mouen a l'univers entre si. Tanmateix, aquesta versió de l'espai-temps era incompleta (Vegeu també: ). No va incloure la gravetat fins que Einstein va introduir la relativitat general el 1916. El teixit de l'espai-temps és continu, llis, deformat i deformat per la presència de matèria i energia (2). La gravetat és la curvatura de l'univers, causada per cossos massius i altres formes d'energia, que determina el camí que prenen els objectes. Aquesta curvatura és dinàmica, es mou a mesura que es mouen els objectes. Com diu el físic John Wheeler, "l'espai-temps s'apodera de la massa dient-li com es mou, i la massa s'apodera de l'espai-temps dient-li com es corba".

2. L'espai-temps d'Einstein

El temps i el món quàntic

La teoria general de la relativitat considera que el pas del temps és continu i relatiu, i considera que el pas del temps és universal i absolut en el sector seleccionat. A la dècada de 60, un intent reeixit de combinar idees anteriorment incompatibles, la mecànica quàntica i la relativitat general va portar al que es coneix com l'equació de Wheeler-DeWitt, un pas cap a una teoria. gravetat quàntica. Aquesta equació va resoldre un problema però en va crear un altre. El temps no té cap paper en aquesta equació. Això ha provocat una gran polèmica entre els físics, que anomenen el problema del temps.

Carlo Rovelli (3), un físic teòric italià modern té una opinió definitiva sobre aquest tema. ", va escriure al llibre "El secret del temps".

3. Carlo Rovelli i el seu llibre

Els que estan d'acord amb la interpretació de Copenhaguen de la mecànica quàntica creuen que els processos quàntics obeeixen a l'equació de Schrödinger, que és simètrica en el temps i sorgeix del col·lapse d'ona d'una funció. En la versió mecànica quàntica de l'entropia, quan l'entropia canvia, no flueix la calor, sinó la informació. Alguns físics quàntics afirmen haver trobat l'origen de la fletxa del temps. Diuen que l'energia es dissipa i els objectes s'alineen perquè les partícules elementals s'uneixen quan interaccionen en una forma d'"entrellaçament quàntic". Einstein, juntament amb els seus col·legues Podolsky i Rosen, consideraven que aquest comportament era impossible perquè contradeia la visió realista local de la causalitat. Com poden les partícules situades lluny les unes de les altres interactuar entre elles alhora, van preguntar.

El 1964, va desenvolupar una prova experimental que va desmentir les afirmacions d'Einstein sobre les anomenades variables ocultes. Per tant, es creu àmpliament que la informació viatja entre partícules entrellaçades, potencialment més ràpid del que pot viatjar la llum. Pel que sabem, el temps no existeix partícules enredades (4).

Un grup de físics de la Universitat Hebrea liderat per Eli Megidish a Jerusalem va informar el 2013 que havien aconseguit enredar fotons que no coexistien en el temps. Primer, en el primer pas, van crear un parell de fotons entrellaçats, 1-2. Poc després, van mesurar la polarització del fotó 1 (una propietat que descriu la direcció en què oscil·la la llum) i "matant-lo" (etapa II). El fotó 2 es va enviar de viatge i es va formar una nova parella enredada 3-4 (pas III). Aleshores es va mesurar el fotó 3 juntament amb el fotó 2 que viatja de tal manera que el coeficient d'entrellaçament "va canviar" dels antics parells (1-2 i 3-4) al nou 2-3 combinat (pas IV). Un temps més tard (etapa V) es mesura la polaritat de l'únic fotó 4 supervivent i es comparen els resultats amb la polarització del fotó 1 mort fa temps (de tornada a l'etapa II). Resultat? Les dades van revelar la presència de correlacions quàntiques entre els fotons 1 i 4, "temporalment no locals". Això vol dir que l'entrellat es pot produir en dos sistemes quàntics que mai no han coexistit en el temps.

Megiddish i els seus col·legues no poden evitar especular sobre les possibles interpretacions dels seus resultats. Potser la mesura de la polarització del fotó 1 al pas II dirigeix ​​d'alguna manera la polarització futura del 4, o la mesura de la polarització del fotó 4 al pas V reescriu d'alguna manera l'estat de polarització anterior del fotó 1. Tant cap endavant com cap enrere, les correlacions quàntiques es propaguen al buit causal entre la mort d'un fotó i el naixement d'un altre.

Què significa això a escala macro? Els científics, discutint les possibles implicacions, parlen de la possibilitat que les nostres observacions de la llum de les estrelles dictés d'alguna manera la polarització dels fotons fa 9 milions d'anys.

Una parella de físics nord-americans i canadencs, Matthew S. Leifer de la Universitat Chapman de Califòrnia i Matthew F. Pusey de l'Institut Perimetral de Física Teòrica d'Ontario, van notar fa uns anys que si no ens atenem al fet que Einstein. Les mesures realitzades sobre una partícula es poden reflectir en el passat i el futur, cosa que esdevé irrellevant en aquesta situació. Després de reformular alguns supòsits bàsics, els científics van desenvolupar un model basat en el teorema de Bell, en el qual l'espai es transforma en temps. Els seus càlculs mostren per què, suposant que el temps sempre s'avança, ensopeguem amb contradiccions.

Segons Carl Rovelli, la nostra percepció humana del temps està inextricablement lligada a com es comporta l'energia tèrmica. Per què només coneixem el passat i no el futur? La clau, segons el científic, flux unidireccional de calor des dels objectes més càlids als més freds. Un cub de gel llençat a una tassa de cafè calent refreda el cafè. Però el procés és irreversible. L'home, com una mena de "màquina termodinàmica", segueix aquesta fletxa del temps i és incapaç d'entendre una altra direcció. "Però si observo un estat microscòpic", escriu Rovelli, "la diferència entre passat i futur desapareix... en la gramàtica elemental de les coses no hi ha distinció entre causa i efecte".

Temps mesurat en fraccions quàntiques

O potser es pot quantificar el temps? Una nova teoria emergent recentment suggereix que l'interval de temps més petit concebible no pot excedir una milionèsima de mil milions de mil milions de segon. La teoria segueix un concepte que és almenys la propietat bàsica d'un rellotge. Segons els teòrics, les conseqüències d'aquest raonament poden ajudar a crear una "teoria de tot".

El concepte de temps quàntic no és nou. Model de gravetat quàntica proposa que el temps es quantitzi i tingui un ritme determinat. Aquest cicle de tictac és la unitat mínima universal, i cap dimensió de temps pot ser inferior a aquesta. Seria com si hi hagués un camp a la base de l'univers que determina la velocitat mínima de tot allò que hi ha, donant massa a altres partícules. En el cas d'aquest rellotge universal, "en comptes de donar missa, donarà temps", explica un físic que proposa quantificar el temps, Martin Bojowald.

Simulant un rellotge tan universal, ell i els seus col·legues del Pennsylvania State College dels Estats Units van demostrar que marcaria la diferència en els rellotges atòmics artificials, que utilitzen vibracions atòmiques per produir els resultats més precisos coneguts. mesures de temps. Segons aquest model, el rellotge atòmic (5) de vegades no es sincronitzava amb el rellotge universal. Això limitaria la precisió de la mesura del temps a un únic rellotge atòmic, el que significa que dos rellotges atòmics diferents podrien acabar no coincidint amb la durada del període transcorregut. Tenint en compte que els nostres millors rellotges atòmics són coherents entre si i poden mesurar tictacs fins a 10-19 segons, o una dècima de mil milions de mil milions de segon, la unitat bàsica de temps no pot ser més de 10-33 segons. Aquestes són les conclusions d'un article sobre aquesta teoria que va aparèixer el juny de 2020 a la revista Physical Review Letters.

5. Rellotge atòmic basat en luteci a la Universitat Nacional de Singapur.

Comprovar si existeix aquesta unitat de temps base supera les nostres capacitats tecnològiques actuals, però sembla més accessible que mesurar el temps de Planck, que és de 5,4 × 10–44 segons.

L'efecte papallona no funciona!

Eliminar el temps del món quàntic o quantificar-lo pot tenir conseqüències interessants, però siguem sincers, la imaginació popular està impulsada per una altra cosa, és a dir, els viatges en el temps.

Fa aproximadament un any, el professor de física de la Universitat de Connecticut, Ronald Mallett, va dir a CNN que havia escrit una equació científica que es podria utilitzar com a base per màquina de temps real. Fins i tot va construir un dispositiu per il·lustrar un element clau de la teoria. Creu que teòricament és possible convertir el temps en un bucleque permetria viatjar en el temps al passat. Fins i tot va construir un prototip que mostra com els làsers poden ajudar a aconseguir aquest objectiu. Cal tenir en compte que els companys de Mallett no estan convençuts que la seva màquina del temps es materialitzarà mai. Fins i tot Mallett admet que la seva idea és totalment teòrica en aquest punt.

A finals de 2019, New Scientist va informar que els físics Barak Shoshani i Jacob Hauser del Perimeter Institute al Canadà van descriure una solució en la qual una persona podria viatjar teòricament des d'un servei de notícies al segon, passant a través d'un forat espai-temps o un túnel, com diuen, "matemàticament possible". Aquest model suposa que hi ha diferents universos paral·lels en què podem viatjar, i té un greu inconvenient: el viatge en el temps no afecta la línia de temps dels mateixos viatgers. D'aquesta manera, podeu influir en altres continus, però aquell des del qual vam començar el viatge es manté inalterable.

I com que estem en continu espai-temps, doncs amb l'ajuda de ordinador quàntic Per simular el viatge en el temps, els científics van demostrar recentment que no hi ha "efecte papallona" en el regne quàntic, com es veu en moltes pel·lícules i llibres de ciència ficció. En experiments a nivell quàntic, danyat, aparentment gairebé sense canvis, com si la realitat es guarís a si mateixa. Un article sobre el tema va aparèixer aquest estiu a Psysical Review Letters. "En un ordinador quàntic, no hi ha problemes ni per simular l'evolució oposada en el temps ni per simular el procés de traslladar el procés al passat", va explicar Mikolay Sinitsyn, físic teòric del Laboratori Nacional de Los Alamos i co- autor de l'estudi. Treballar. "Podem veure realment què passa amb el complex món quàntic si retrocedim en el temps, afegim una mica de dany i tornem enrere. Trobem que el nostre món primordial ha sobreviscut, la qual cosa significa que no hi ha efecte papallona en la mecànica quàntica".

Aquest és un gran cop per a nosaltres, però també una bona notícia per a nosaltres. El continu espai-temps manté la integritat, no permetent que petits canvis el destrueixin. Per què? Aquesta és una pregunta interessant, però un tema una mica diferent del temps mateix.