Zamanın gizemi

Zaman her zaman sorun olmuştur. Birincisi, seçkin beyinlerin bile zamanın gerçekte ne olduğunu anlaması zordu. Bugün, bize bunu bir dereceye kadar anladığımızı düşündüğümüzde, çoğu kişi onsuz, en azından geleneksel anlamda, daha rahat olacağına inanıyor.

"" Isaac Newton tarafından yazıldı. Zamanın yalnızca matematiksel olarak gerçekten anlaşılabileceğine inanıyordu. Ona göre, Evrenin tek boyutlu mutlak zamanı ve üç boyutlu geometrisi, nesnel gerçekliğin bağımsız ve ayrı yönleriydi ve mutlak zamanın her anında, Evrendeki tüm olaylar aynı anda meydana geldi.

Einstein özel görelilik teorisiyle eşzamanlı zaman kavramını ortadan kaldırdı. Onun fikrine göre eşzamanlılık, olaylar arasında mutlak bir ilişki değildir: Bir referans çerçevesinde eşzamanlı olanın, bir başka referans çerçevesinde eşzamanlı olması zorunlu değildir.

Einstein'ın zaman anlayışının bir örneği kozmik ışınlardan gelen müondur. Ortalama ömrü 2,2 mikrosaniye olan kararsız bir atom altı parçacıktır. Üst atmosferde oluşuyor ve çürümeden önce sadece 660 metre (ışık hızı 300 km/s) gitmesini beklesek de, zaman genişleme etkileri kozmik müonların Dünya yüzeyine 000 kilometreden fazla yol almasına izin veriyor. ve ilerisi. . Dünya referans çerçevesinde müonlar yüksek hızları nedeniyle daha uzun yaşarlar.

1907'de Einstein'ın eski öğretmeni Hermann Minkowski, uzay ve zamanı şu şekilde tanıttı: Uzay-zaman, evrende parçacıkların birbirine göre hareket ettiği bir sahne gibi davranır. Ancak uzay-zamanın bu versiyonu eksikti (Ayrıca bakınız: ). Einstein 1916'da genel göreliliği ortaya koyana kadar yerçekimini içermiyordu. Uzay-zamanın dokusu sürekli, pürüzsüz, kavislidir ve madde ve enerjinin varlığıyla deforme olmuştur (2). Yerçekimi, nesnelerin hareket ettiği yolu belirleyen, büyük cisimlerin ve diğer enerji türlerinin neden olduğu evrenin eğriliğidir. Bu eğrilik dinamiktir ve nesneler hareket ettikçe hareket eder. Fizikçi John Wheeler'ın dediği gibi, "uzay-zaman kütleyi hapsederek ona nasıl hareket edeceğini söyler, kütle de uzay-zamanı hapsederek ona nasıl kıvrılacağını söyler."

2. Einstein uzay-zaman

Zaman ve kuantum dünyası

Genel görelilik teorisi, zamanın akışının sürekli ve göreceli olduğunu, seçilen bir bölümde zamanın akışının evrensel ve mutlak olduğunu kabul eder. 60'lı yıllarda, daha önce birbiriyle uyumsuz olan fikirleri, kuantum mekaniğini ve genel göreliliği birleştirmeye yönelik başarılı bir girişim, teoriye doğru bir adım olan Wheeler-DeWitt denklemi olarak bilinen şeye yol açtı. kuantum yerçekimi. Bu denklem bir sorunu çözdü ama başka bir sorun yarattı. Bu denklemde zamanın hiçbir rolü yoktur. Bu durum fizikçiler arasında zaman sorunu adını verdikleri büyük bir tartışmaya yol açmıştır.

Carlo Rovelli (3) modern bir İtalyan teorik fizikçinin bu konuda kesin bir görüşü vardır. “Zamanın Gizemi” kitabında şöyle yazdı.

3. Carlo Rovelli ve kitabı

Kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuna katılanlar, kuantum süreçlerinin zaman açısından simetrik olan ve bir fonksiyonun dalga çöküşünden kaynaklanan Schrödinger denklemine uyduğuna inanırlar. Entropinin kuantum mekaniksel versiyonunda, entropi değiştiğinde akan ısı değil bilgidir. Bazı kuantum fizikçileri zaman okunun orijinal kaynağını bulduklarını iddia ediyorlar. Atom altı parçacıkların "kuantum dolaşması" biçimindeki etkileşimle birbirine bağlanması nedeniyle enerjinin dağıldığını ve nesnelerin hizalandığını söylüyorlar. Einstein, meslektaşları Podolsky ve Rosen ile birlikte, yerel gerçekçi nedensellik görüşüyle ​​çeliştiği için böyle bir davranışın imkansız olduğunu düşünüyordu. Birbirinden çok uzakta bulunan parçacıkların birbirleriyle nasıl hemen etkileşime girebildiğini sordular.

1964'te Einstein'ın sözde gizli değişkenler hakkındaki iddialarını çürüten deneysel bir test geliştirdi. Sonuç olarak, bilginin aslında dolaşık parçacıklar arasında, potansiyel olarak ışığın seyahat edebileceğinden daha hızlı hareket ettiğine yaygın olarak inanılmaktadır. Bildiğimiz kadarıyla zaman yoktur. dolaşık parçacıklar (4).

Kudüs'teki Eli Megidish liderliğindeki İbrani Üniversitesi'ndeki fizikçilerden oluşan bir ekip, 2013 yılında, zamanda bir arada var olmayan fotonları dolaşıklaştırmayı başardıklarını bildirdi. İlk olarak, ilk aşamada 1-2 dolanık foton çifti yarattılar. Kısa bir süre sonra, foton 1'in polarizasyonunu (ışığın salınım yönünü tanımlayan özellik) ölçtüler ve böylece onu "öldürdüler" (Aşama II). Foton 2 yolculuğuna gönderildi ve yeni bir dolaşık çift 3-4 oluşturuldu (adım III). Daha sonra foton 3, dolaşıklık katsayısının eski çiftlerden (2-1 ve 2-3) yeni birleşik 4-2'e (adım IV) "değişeceği" şekilde ilerleyen foton 3 ile birlikte ölçüldü. Bir süre sonra (aşama V), hayatta kalan tek foton 4'ün polaritesi ölçülür ve sonuçlar, çoktan ölmüş foton 1'in (aşama II'de) polarizasyonuyla karşılaştırılır. Sonuç? Veriler, foton 1 ve 4 arasındaki "geçici olarak yerel olmayan" kuantum korelasyonlarını ortaya çıkardı. Bu, zaman içinde hiçbir zaman bir arada var olmayan iki kuantum sisteminde dolaşıklığın ortaya çıkabileceği anlamına gelir.

Megidish ve meslektaşları, sonuçlarının olası yorumları hakkında spekülasyon yapmaktan kendilerini alamıyorlar. Belki de II. adımda foton 1'in polarizasyonunun ölçümü bir şekilde 4'ün gelecekteki polarizasyonunu yönlendirmektedir veya V. adımda foton 4'ün polarizasyonunun ölçümü bir şekilde foton 1'in önceki polarizasyon durumunu yeniden yazmaktadır. Hem ileri hem de geri yönlerde, Kuantum korelasyonları, bir fotonun ölümü ile diğerinin doğuşu arasındaki nedensel boşluğa doğru yayılır.

Bu makro ölçekte ne anlama gelebilir? Olası sonuçları tartışan bilim insanları, yıldız ışığına ilişkin gözlemlerimizin bir şekilde 9 milyar yıl önce fotonların kutuplaşmasını belirlediği olasılığını gündeme getiriyor.

Kaliforniya'daki Chapman Üniversitesi'nden Matthew S. Leifer ve Ontario'daki Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü'nden Matthew F. Pusey adlı iki Amerikalı ve Kanadalı fizikçi, birkaç yıl önce Einstein'ın olduğu gerçeğine sadık kalmazsak gözlemlediler. Bir parçacık üzerinde yapılan ölçümler geçmişe ve geleceğe yansıtılabilir ve bu durumda bunların bir önemi kalmaz. Bilim insanları, bazı temel varsayımları yeniden formüle ederek, uzayın zamana dönüştüğü Bell teoremine dayanan bir model geliştirdiler. Hesaplamaları, zamanın her zaman ileride olduğunu varsayarsak neden çelişkilere takılıp kaldığımızı gösteriyor.

Carl Rovelli'ye göre insanın zaman algısı, termal enerjinin davranışıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Neden geleceği değil de sadece geçmişi biliyoruz? Bilim adamının önerdiği gibi anahtar, Isının sıcak cisimlerden soğuk cisimlere doğru tek yönlü akışı. Sıcak bir fincan kahvenin içine atılan buz küpü kahveyi soğutur. Ancak süreç geri döndürülemez. İnsan, bir tür “termodinamik makine” gibi, zamanın bu okunu takip eder ve başka bir yönü anlayamaz. "Fakat mikroskobik bir durumu gözlemlersem" diye yazıyor Rovelli, "geçmiş ile gelecek arasındaki fark ortadan kalkıyor... şeylerin temel gramerinde neden ve sonuç arasında hiçbir fark yok."

Kuantum kesirleriyle ölçülen zaman

Ya da belki zaman nicelendirilebilir mi? Yakın zamanda ortaya çıkan yeni bir teori, akla gelebilecek en küçük zaman aralığının saniyenin milyarda birinin milyarda birinin milyonda birini aşamayacağını öne sürüyor. Teori, en azından saatin temel özelliği olan bir konsepti takip ediyor. Teorisyenlere göre, bu akıl yürütmenin sonuçları "her şeyin teorisi"nin yaratılmasına yardımcı olabilir.

Kuantum zamanı kavramı yeni değil. Kuantum yerçekimi modeli Zamanın nicemlenmesi ve belirli bir hıza sahip olması gerektiğini öne sürüyor. Bu tik tak döngüsü evrensel minimum birimdir ve hiçbir zaman boyutu bundan daha küçük olamaz. Sanki Evrenin tabanında, içindeki her şeyin minimum hızını belirleyen, diğer parçacıklara kütle veren bir alan varmış gibi olurdu. Zamanı nicelemeyi öneren fizikçi Martin Boyowald, bu evrensel saatin "kütle vermek yerine zaman vereceğini" açıklıyor.

Böyle bir evrensel saati simüle ederek kendisi ve ABD'deki Pennsylvania State College'daki meslektaşları bunun, bilinen en doğru sonuçları üretmek için atomik titreşimleri kullanan yapay atom saatleri üzerinde etkileri olabileceğini gösterdi. zaman ölçümleri. Bu modele göre atom saatlerinin (5) hızı bazen evrensel saatin hızıyla senkronize olmuyordu. Bu, zaman ölçümünün doğruluğunu yalnızca atom saati ile sınırlandıracaktır; bu, iki farklı atom saatinin, geçen sürenin uzunluğu açısından eşleşmeyebileceği anlamına gelir. En iyi atom saatlerimizin birbirleriyle tutarlı olduğu ve 10-19 saniyeye kadar yani saniyenin milyarda birinin milyarda birinin onda biri kadar tik-takları ölçebildiği göz önüne alındığında, temel zaman birimi 10-33 saniyeden büyük olamaz. . Bunlar, bu teori hakkında Haziran 2020'de Physical Review Letters dergisinde yayınlanan bir makalenin sonuçlarıdır.

5. Singapur Ulusal Üniversitesi'ndeki Lutesyum tabanlı atom saati.

Böyle temel bir zaman biriminin var olup olmadığını test etmek mevcut teknolojik kapasitemizin ötesindedir, ancak yine de 5,4 × 10-44 saniye olan Planck zamanını ölçmekten daha erişilebilir görünmektedir.

Kelebek etkisi işe yaramıyor!

Zamanı kuantum dünyasından çıkarmak veya onu nicelemek ilginç sonuçlara yol açabilir, ancak dürüst olalım, popüler hayal gücü başka bir şey tarafından, yani zaman yolculuğu tarafından yönlendiriliyor.

Yaklaşık bir yıl önce Connecticut Üniversitesi fizik profesörü Ronald Mallett, CNN'e temel olarak kullanılabilecek bilimsel bir denklem yazdığını söyledi. gerçek zamanlı makine. Hatta teorinin önemli bir unsurunu göstermek için bir cihaz bile yaptı. Bunun teorik olarak mümkün olduğuna inanıyor zamanı bir döngüye dönüştürmekbu da geçmişe yolculuk yapılmasına olanak sağlar. Hatta lazerlerin bu hedefe ulaşmaya nasıl yardımcı olabileceğini gösteren bir prototip bile yaptı. Mallett'ın meslektaşlarının onun zaman makinesinin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğinden emin olmadıklarını da belirtmek gerekir. Mallett bile bu noktada fikrinin tamamen teorik olduğunu kabul ediyor.

2019'un sonlarında New Scientist, Kanada'daki Perimeter Enstitüsü'nden fizikçiler Barak Shoshani ve Jacob Hauser'in, bir kişinin teorik olarak aynı yerden seyahat edebileceği bir çözüm tanımladıklarını bildirdi. haber akışı ikinciye geçerek içindeki delikten boş zaman ya da bir tünel, dedikleri gibi, "matematiksel olarak mümkün." Bu model, seyahat edebileceğimiz çeşitli paralel evrenlerin bulunduğunu varsayar ve ciddi bir dezavantajı vardır; zamanda yolculuk, gezginlerin kendi zaman çizelgesini etkilemez. Yani diğer süreklilikleri etkileyebilirsiniz, ancak yolculuğa başladığımız süreç aynı kalıyor.

Ve uzay-zaman sürekliliğinde olduğumuz için, o zaman yardımla kuantum bilgisayar Zaman yolculuğunu simüle etmek için bilim insanları yakın zamanda kuantum aleminde pek çok bilim kurgu filmi ve kitabında görülen “kelebek etkisi”nin olmadığını kanıtladı. Kuantum seviyesindeki deneylerde hasar görmüş, görünüşte neredeyse hiç değişmemiş, sanki gerçeklik kendini iyileştiriyormuş gibi. Bu konuyla ilgili bir makale bu yaz Psikolojik İnceleme Mektuplarında yayınlandı. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndan teorik fizikçi ve çalışmanın yazarlarından Mikolai Sinitsyn şöyle açıklıyor: "Kuantum bilgisayarda zaman içindeki ters evrimi simüle etmek ya da bir süreci geçmişe kaydırma sürecini simüle etmek hiçbir sorun teşkil etmez." . İş. “Zamanda geriye gidersek, biraz hasar ekleyip geriye gidersek karmaşık kuantum dünyasına ne olacağını gerçekten görebiliriz. İlkel dünyamızın varlığını sürdürdüğünü görüyoruz, bu da kuantum mekaniğinde kelebek etkisinin olmadığı anlamına geliyor."

Bu bizim için büyük bir darbe ama belki de bizim için iyi bir haber. Uzay-zaman sürekliliği bütünlüğünü korur ve küçük değişikliklerin onu yok etmesini engeller. Neden? Bu ilginç bir soru ama zamanın kendisinden biraz farklı bir konu.