Enigma do tempo

O tempo sempre foi un problema. En primeiro lugar, era difícil incluso para as mentes máis brillantes entender o que era realmente o tempo. Hoxe, cando nos parece que entendemos isto en certa medida, moitos cren que sen el, polo menos no sentido tradicional, será máis cómodo.

"" Escrito por Isaac Newton. Cría que o tempo só se podía entender verdadeiramente matemáticamente. Para el, o tempo absoluto unidimensional e a xeometría tridimensional do Universo eran aspectos independentes e separados da realidade obxectiva, e en cada momento do tempo absoluto, todos os eventos do Universo ocorreron simultáneamente.

Coa súa teoría especial da relatividade, Einstein eliminou o concepto de tempo simultáneo. Segundo a súa idea, a simultaneidade non é unha relación absoluta entre acontecementos: o que está simultaneamente nun marco de referencia non necesariamente estará simultaneamente noutro.

Un exemplo da comprensión de Einstein do tempo é o muón dos raios cósmicos. É unha partícula subatómica inestable cunha vida media de 2,2 microsegundos. Fórmase na parte superior da atmosfera, e aínda que esperamos que percorra só 660 metros (á velocidade da luz 300 km/s) antes de desintegrarse, os efectos de dilatación do tempo permiten que os muóns cósmicos percorran máis de 000 quilómetros ata a superficie terrestre. e máis aló. . Nun marco de referencia coa Terra, os muóns viven máis tempo debido á súa alta velocidade.

En 1907, o antigo profesor de Einstein Hermann Minkowski introduciu o espazo e o tempo como. O espazo-tempo compórtase como unha escena na que as partículas se moven no universo entre si. Non obstante, esta versión do espazo-tempo estaba incompleta (Ver tamén: ). Non incluíu a gravidade ata que Einstein introduciu a relatividade xeral en 1916. O tecido do espazo-tempo é continuo, liso, deformado e deformado pola presenza de materia e enerxía (2). A gravidade é a curvatura do universo, causada por corpos masivos e outras formas de enerxía, que determina o camiño que percorren os obxectos. Esta curvatura é dinámica, movéndose a medida que se moven os obxectos. Como di o físico John Wheeler, "o espazo-tempo apoderouse da masa dicíndolle como se move, e a masa ocúpase do espazo-tempo dicíndolle como se curva".

2. O espazo-tempo de Einstein

O tempo e o mundo cuántico

A teoría xeral da relatividade considera que o paso do tempo é continuo e relativo, e considera que o paso do tempo é universal e absoluto na porción seleccionada. Na década de 60, un intento exitoso de combinar ideas previamente incompatibles, mecánica cuántica e relatividade xeral levou ao que se coñece como ecuación de Wheeler-DeWitt, un paso cara á teoría. gravidade cuántica. Esta ecuación resolveu un problema pero creou outro. O tempo non xoga ningunha parte nesta ecuación. Isto provocou unha gran polémica entre os físicos, que chaman problema do tempo.

Carlo Rovelli (3), un físico teórico italiano moderno ten unha opinión definitiva sobre este asunto. ", escribiu no libro "O segredo do tempo".

3. Carlo Rovelli e o seu libro

Os que están de acordo coa interpretación de Copenhague da mecánica cuántica cren que os procesos cuánticos obedecen á ecuación de Schrödinger, que é simétrica no tempo e xorde do colapso ondulatorio dunha función. Na versión mecánica cuántica da entropía, cando a entropía cambia, non é a calor a que flúe, senón a información. Algúns físicos cuánticos afirman atopar a orixe da frecha do tempo. Din que a enerxía se disipa e os obxectos alíñanse porque as partículas elementais únense mentres interactúan nunha forma de "entrelazamento cuántico". Einstein, xunto cos seus colegas Podolsky e Rosen, consideraron que este comportamento era imposible porque contradí a visión realista local da causalidade. Como poden as partículas situadas lonxe unhas doutras interactuar entre si á vez, preguntaron.

En 1964, desenvolveu unha proba experimental que desmentiu as afirmacións de Einstein sobre as chamadas variables ocultas. Polo tanto, crese amplamente que a información viaxa entre partículas entrelazadas, potencialmente máis rápido do que pode viaxar a luz. Polo que sabemos, o tempo non existe para partículas enredadas (4).

Un grupo de físicos da Universidade Hebrea dirixido por Eli Megidish en Xerusalén informou en 2013 de que conseguiran enredar fotóns que non coexistían no tempo. Primeiro, no primeiro paso, crearon un par de fotóns entrelazados, 1-2. Pouco despois, mediron a polarización do fotón 1 (unha propiedade que describe a dirección na que oscila a luz) - matándoo así (etapa II). O fotón 2 foi enviado nunha viaxe e formouse un novo par enredado 3-4 (paso III). O fotón 3 foi entón medido xunto co fotón viaxeiro 2 de tal xeito que o coeficiente de entrelazamento "cambiou" dos vellos pares (1-2 e 3-4) ao novo 2-3 combinado (paso IV). Algún tempo despois (etapa V) mídese a polaridade do único fotón 4 que sobrevive e os resultados compáranse coa polarización do fotón 1 morto hai moito tempo (aló no estadio II). ¿Resultado? Os datos revelaron a presenza de correlacións cuánticas entre os fotóns 1 e 4, "temporalmente non locais". Isto significa que o enredo pode ocorrer en dous sistemas cuánticos que nunca coexistiron no tempo.

Megiddish e os seus colegas non poden evitar especular sobre posibles interpretacións dos seus resultados. Quizais a medición da polarización do fotón 1 no paso II dirixa dalgún xeito a futura polarización do 4, ou a medición da polarización do fotón 4 no paso V sobrescribe dalgún xeito o estado de polarización anterior do fotón 1. Tanto en dirección cara adiante como cara atrás, o as correlacións propáganse ao baleiro causal entre a morte dun fotón e o nacemento doutro.

Que significa isto a escala macro? Os científicos, discutindo as posibles implicacións, falan da posibilidade de que as nosas observacións da luz das estrelas dictasen dalgún xeito a polarización dos fotóns hai 9 millóns de anos.

Unha parella de físicos estadounidenses e canadenses, Matthew S. Leifer da Universidade de Chapman en California e Matthew F. Pusey do Instituto Perimetral de Física Teórica de Ontario, notaron hai uns anos que si non nos atenemos ao feito de que Einstein. As medicións realizadas nunha partícula poden reflectirse no pasado e no futuro, o que se fai irrelevante nesta situación. Despois de reformular algúns supostos básicos, os científicos desenvolveron un modelo baseado no teorema de Bell no que o espazo se transforma en tempo. Os seus cálculos mostran por que, asumindo que o tempo sempre está por diante, tropezamos con contradicións.

Segundo Carl Rovelli, a nosa percepción humana do tempo está inextricablemente ligada á forma en que se comporta a enerxía térmica. Por que só coñecemos o pasado e non o futuro? A clave, segundo o científico, fluxo de calor unidireccional de obxectos máis quentes a outros máis fríos. Un cubo de xeo botado nunha cunca de café quente arrefría o café. Pero o proceso é irreversible. O home, como unha especie de “máquina termodinámica”, segue esta frecha do tempo e é incapaz de entender outra dirección. "Pero se observo un estado microscópico", escribe Rovelli, "a diferenza entre pasado e futuro desaparece... na gramática elemental das cousas non hai distinción entre causa e efecto".

Tempo medido en fraccións cuánticas

Ou quizais se poida cuantificar o tempo? Unha nova teoría xurdida recentemente suxire que o intervalo de tempo máis pequeno concebible non pode exceder a millonésima de milmillonésima de milmillonésima de segundo. A teoría segue un concepto que é polo menos a propiedade básica dun reloxo. Segundo os teóricos, as consecuencias deste razoamento poden axudar a crear unha "teoría de todo".

O concepto de tempo cuántico non é novo. Modelo de gravidade cuántica propón que o tempo estea cuantificado e teña unha determinada taxa de tic. Este ciclo de tictac é a unidade mínima universal, e ningunha dimensión temporal pode ser inferior a esta. Sería coma se houbese un campo na base do universo que determina a velocidade mínima de movemento de todo o que hai nel, dando masa a outras partículas. No caso deste reloxo universal, "en lugar de dar masa, dará tempo", explica un físico que propón cuantificar o tempo, Martin Bojowald.

Ao modelar un reloxo tan universal, el e os seus colegas do Pennsylvania State College dos Estados Unidos demostraron que marcaría a diferenza nos reloxos atómicos artificiais, que usan vibracións atómicas para producir os resultados máis precisos coñecidos. medicións de tempo. Segundo este modelo, o reloxo atómico (5) ás veces non se sincronizaba co reloxo universal. Isto limitaría a precisión da medición do tempo a un único reloxo atómico, o que significa que dous reloxos atómicos diferentes poderían acabar non coincidindo coa duración do período transcorrido. Dado que os nosos mellores reloxos atómicos son consistentes entre si e poden medir os ritmos ata 10-19 segundos, ou unha décima de mil millonésimas de milmillonésimas de segundo, a unidade básica de tempo non pode ser máis de 10-33 segundos. Estas son as conclusións dun artigo sobre esta teoría que apareceu en xuño de 2020 na revista Physical Review Letters.

5. Reloxo atómico baseado en lutecio da Universidade Nacional de Singapur.

Probar se existe esa unidade base de tempo está máis aló das nosas capacidades tecnolóxicas actuais, pero aínda parece máis accesible que medir o tempo de Planck, que é de 5,4 × 10–44 segundos.

O efecto bolboreta non funciona!

Eliminar o tempo do mundo cuántico ou cuantificalo pode ter consecuencias interesantes, pero sexamos sinceros, a imaxinación popular está impulsada por outra cousa, é dicir, as viaxes no tempo.

Hai aproximadamente un ano, o profesor de física da Universidade de Connecticut, Ronald Mallett, dixo á CNN que escribira unha ecuación científica que podería usarse como base para máquina de tempo real. Incluso construíu un dispositivo para ilustrar un elemento clave da teoría. Cre que é teoricamente posible convertendo o tempo nun bucleque permitiría viaxar no tempo ao pasado. Incluso construíu un prototipo que mostra como os láseres poden axudar a acadar este obxectivo. Cómpre sinalar que os compañeiros de Mallett non están convencidos de que a súa máquina do tempo se materialice algunha vez. Mesmo Mallett admite que a súa idea é totalmente teórica neste momento.

A finais de 2019, New Scientist informou de que os físicos Barak Shoshani e Jacob Hauser do Perimeter Institute de Canadá describiron unha solución na que unha persoa podía viaxar teoricamente desde un Noticias ao segundo, pasando a través dun burato dentro espazo-tempo ou un túnel, como se di, "matematicamente posible". Este modelo asume que hai diferentes universos paralelos nos que podemos viaxar, e ten un serio inconveniente: as viaxes no tempo non afectan á propia liña de tempo dos viaxeiros. Deste xeito, podes influír noutros continuums, pero aquel dende o que iniciamos a viaxe permanece inalterado.

E xa que estamos no espazo-tempo continuo, entón coa axuda de ordenador cuántico Para simular a viaxe no tempo, os científicos demostraron recentemente que non hai "efecto bolboreta" no reino cuántico, como se ve en moitas películas e libros de ciencia ficción. En experimentos a nivel cuántico, danado, aparentemente case inalterado, coma se a realidade se curase por si mesma. Un artigo sobre o tema apareceu este verán en Psysical Review Letters. "Nun ordenador cuántico, non hai problemas nin para simular a evolución contraria no tempo nin para simular o proceso de mover o proceso de volta ao pasado", explicou Mikolay Sinitsyn, físico teórico do Laboratorio Nacional de Los Álamos e co- autor do estudo. Traballo. "Podemos ver realmente o que acontece co complexo mundo cuántico se retrocedimos no tempo, engadimos algo de dano e volvemos. Descubrimos que o noso mundo primordial sobreviviu, o que significa que non hai ningún efecto bolboreta na mecánica cuántica.

Este é un gran golpe para nós, pero tamén unha boa noticia para nós. O continuo espazo-temporal mantén a integridade, non permitindo que pequenos cambios o destrúan. Por que? Esta é unha pregunta interesante, pero un tema un pouco diferente do propio tempo.