Kitendawili cha wakati

Muda umekuwa shida kila wakati. Kwanza, ilikuwa vigumu hata kwa watu wenye akili timamu kuelewa ni wakati gani hasa. Leo, wakati inaonekana kwetu kwamba tunaelewa hili kwa kiasi fulani, wengi wanaamini kwamba bila hiyo, angalau kwa maana ya jadi, itakuwa vizuri zaidi.

"" Imeandikwa na Isaac Newton. Aliamini kuwa wakati unaweza kueleweka tu kihisabati. Kwa ajili yake, wakati kamili wa mwelekeo mmoja na jiometri ya pande tatu ya Ulimwengu ilikuwa vipengele vya kujitegemea na tofauti vya ukweli wa lengo, na kwa kila wakati wa wakati kamili matukio yote katika Ulimwengu yalitokea wakati huo huo.

Kwa nadharia yake maalum ya uhusiano, Einstein aliondoa dhana ya wakati huo huo. Kulingana na wazo lake, wakati huo huo sio uhusiano kamili kati ya matukio: ni nini wakati huo huo katika sura moja ya kumbukumbu si lazima iwe wakati huo huo katika nyingine.

Mfano wa ufahamu wa Einstein wa wakati ni muon kutoka kwa miale ya cosmic. Ni chembe ndogo ndogo isiyo imara na maisha ya wastani ya sekunde 2,2. Inatokea katika anga ya juu, na ingawa tunatarajia kusafiri mita 660 tu (kwa kasi ya mwanga 300 km/s) kabla ya kutengana, athari za upanuzi wa wakati huruhusu muons za ulimwengu kusafiri zaidi ya kilomita 000 hadi kwenye uso wa Dunia. na zaidi. . Katika sura ya kumbukumbu na Dunia, muons huishi kwa muda mrefu kutokana na kasi yao ya juu.

Mnamo 1907, mwalimu wa zamani wa Einstein Hermann Minkowski alianzisha nafasi na wakati kama. Muda wa angani huwa kama tukio ambalo chembe husogea katika ulimwengu zikihusiana. Walakini, toleo hili la wakati wa anga halikuwa kamili (Angalia pia: ) Haikujumuisha mvuto hadi Einstein alipoanzisha uhusiano wa jumla mnamo 1916. Kitambaa cha muda wa nafasi ni endelevu, laini, kimepinda na kuharibika kwa uwepo wa maada na nishati (2). Mvuto ni mkunjo wa ulimwengu, unaosababishwa na miili mikubwa na aina nyingine za nishati, ambayo huamua njia ambayo vitu huchukua. Mviringo huu ni wa kubadilika, unaosonga kadiri vitu vinavyosogea. Kama mwanafizikia John Wheeler anavyosema, "Wakati wa anga huchukua nafasi nyingi kwa kuiambia jinsi ya kusonga, na wingi huchukua muda wa anga kwa kuiambia jinsi ya kujipinda."

2. Wakati wa nafasi ya Einstein

Wakati na ulimwengu wa quantum

Nadharia ya jumla ya uhusiano inazingatia kupita kwa wakati kuwa ya kuendelea na ya jamaa, na inazingatia kupita kwa wakati kuwa ya ulimwengu wote na kamili katika kipande kilichochaguliwa. Katika miaka ya 60, jaribio lililofanikiwa la kuchanganya mawazo ambayo hapo awali yalitofautiana, mechanics ya quantum na uhusiano wa jumla ulisababisha kile kinachojulikana kama mlinganyo wa Wheeler-DeWitt, hatua kuelekea nadharia. mvuto wa quantum. Mlinganyo huu ulitatua tatizo moja lakini ukaunda jingine. Muda hauna sehemu katika mlingano huu. Hii imesababisha mzozo mkubwa kati ya wanafizikia, ambayo wanaiita shida ya wakati.

Carlo Rovelli (3), mwanafizikia wa kisasa wa Kiitaliano wa nadharia ana maoni dhahiri juu ya jambo hili. ", aliandika katika kitabu "Siri ya Wakati".

3. Carlo Rovelli na kitabu chake

Wale wanaokubaliana na tafsiri ya Copenhagen ya mechanics ya quantum wanaamini kwamba michakato ya quantum inatii mlingano wa Schrödinger, ambao ni linganifu kwa wakati na hutokana na kuanguka kwa wimbi la chaguo la kukokotoa. Katika toleo la mitambo ya quantum ya entropy, wakati entropy inabadilika, sio joto ambalo linapita, lakini habari. Baadhi ya wanafizikia wa quantum wanadai kuwa wamepata asili ya mshale wa wakati. Wanasema kuwa nishati hutengana na vitu vinajipanga kwa sababu chembe za kimsingi hufungamana pamoja huku zikiingiliana kwa namna ya "kupingwa kwa quantum." Einstein, pamoja na wenzake Podolsky na Rosen, waliona tabia kama hiyo kuwa haiwezekani kwa sababu ilipingana na maoni ya mwanahalisi wa eneo hilo kuhusu sababu. Je! chembe zilizo mbali na kila mmoja zinawezaje kuingiliana mara moja, waliuliza.

Mnamo 1964, alianzisha jaribio la majaribio ambalo lilikanusha madai ya Einstein juu ya kinachojulikana kuwa anuwai zilizofichwa. Kwa hiyo, inaaminika sana kwamba habari husafiri kati ya chembe zilizonaswa, kwa uwezekano wa haraka kuliko vile mwanga unavyoweza kusafiri. Kwa kadiri tunavyojua, wakati haupo chembe zilizonaswa (4).

Kikundi cha wanafizikia katika Chuo Kikuu cha Hebrew wakiongozwa na Eli Megidish huko Jerusalem waliripoti mwaka wa 2013 kwamba walifanikiwa kunasa fotoni ambazo hazikuwepo kwa wakati. Kwanza, katika hatua ya kwanza, waliunda jozi ya picha iliyoingizwa, 1-2. Muda mfupi baadaye, walipima polarization ya photon 1 (mali inayoelezea mwelekeo ambao mwanga huzunguka) - na hivyo "kuua" (hatua ya II). Photon 2 ilitumwa kwa safari, na jozi mpya iliyoingizwa 3-4 iliundwa (hatua ya III). Photon 3 kisha ilipimwa pamoja na fotoni 2 inayosafiri kwa njia ambayo mgawo wa msongamano "ulibadilika" kutoka jozi za zamani (1-2 na 3-4) hadi mpya iliyounganishwa 2-3 (hatua ya IV). Muda fulani baadaye (hatua ya V) polarity ya photon 4 pekee iliyobaki inapimwa na matokeo yanalinganishwa na mgawanyiko wa photon 1 iliyokufa kwa muda mrefu (nyuma katika hatua ya II). Matokeo? Data ilifichua kuwepo kwa uwiano wa quantum kati ya fotoni 1 na 4, "isiyo ya kawaida kwa muda". Hii inamaanisha kuwa msongamano unaweza kutokea katika mifumo miwili ya quantum ambayo haijawahi kuishi pamoja kwa wakati.

Megiddish na wenzake hawawezi kujizuia kubahatisha kuhusu tafsiri zinazowezekana za matokeo yao. Labda kipimo cha mgawanyiko wa photon 1 katika hatua ya II kwa namna fulani huelekeza polarization ya baadaye ya 4, au kipimo cha polarization ya photon 4 katika hatua ya V kwa namna fulani huondoa hali ya awali ya polarization ya photon 1. Wote mbele na nyuma, uwiano wa quantum hueneza. kwa utupu wa sababu kati ya kifo cha fotoni moja na kuzaliwa kwa nyingine.

Hii ina maana gani kwa kiwango kikubwa? Wanasayansi, wakijadili athari zinazowezekana, wanazungumza juu ya uwezekano kwamba uchunguzi wetu wa mwanga wa nyota kwa namna fulani uliamuru ugawanyiko wa fotoni miaka bilioni 9 iliyopita.

Jozi ya wanafizikia wa Marekani na Kanada, Matthew S. Leifer wa Chuo Kikuu cha Chapman huko California na Matthew F. Pusey wa Taasisi ya Perimeter ya Fizikia ya Nadharia huko Ontario, waliona miaka michache iliyopita kwamba ikiwa hatutashikamana na ukweli kwamba Einstein. Vipimo vilivyofanywa kwenye chembe vinaweza kuonyeshwa katika siku za nyuma na za baadaye, ambayo inakuwa haina maana katika hali hii. Baada ya kurekebisha mawazo kadhaa ya kimsingi, wanasayansi walitengeneza kielelezo kulingana na nadharia ya Bell ambayo nafasi hubadilishwa kuwa wakati. Hesabu zao zinaonyesha kwa nini, tukichukulia kwamba wakati uko mbele kila wakati, tunajikwaa juu ya mizozo.

Kulingana na Carl Rovelli, mtazamo wetu wa kibinadamu wa wakati unahusishwa bila usawa na jinsi nishati ya joto inavyofanya. Kwa nini tunajua yaliyopita tu na sio yajayo? Jambo kuu, kulingana na mwanasayansi, mtiririko wa unidirectional wa joto kutoka kwa vitu vyenye joto hadi baridi zaidi. Mchemraba wa barafu unaotupwa kwenye kikombe cha kahawa moto hupoza kahawa. Lakini mchakato hauwezi kutenduliwa. Mwanadamu, kama aina ya "mashine ya thermodynamic", hufuata mshale huu wa wakati na hawezi kuelewa mwelekeo mwingine. "Lakini nikiona hali ndogo sana," anaandika Rovelli, "tofauti kati ya wakati uliopita na ujao hupotea ... katika sarufi ya msingi ya mambo hakuna tofauti kati ya sababu na athari."

Muda uliopimwa katika sehemu za quantum

Au labda wakati unaweza kuhesabiwa? Nadharia mpya iliyoibuka hivi majuzi inapendekeza kwamba muda mdogo zaidi wa wakati hauwezi kuzidi milioni moja ya sehemu ya bilioni ya sehemu ya bilioni ya sekunde. Nadharia inafuata dhana ambayo angalau ni mali ya msingi ya saa. Kulingana na wananadharia, matokeo ya hoja hii yanaweza kusaidia kuunda "nadharia ya kila kitu".

Wazo la wakati wa quantum sio mpya. Mfano wa mvuto wa quantum inapendekeza kwamba muda uhesabiwe na uwe na kiwango fulani cha tiki. Mzunguko huu wa kuashiria ndio kipimo cha chini zaidi kwa wote, na hakuna kipimo cha wakati kinaweza kuwa chini ya hiki. Ingekuwa kana kwamba kulikuwa na uwanja kwenye msingi wa ulimwengu ambao huamua kasi ya chini kabisa ya kila kitu ndani yake, kutoa molekuli kwa chembe nyingine. Kwa habari ya saa hii ya ulimwengu wote, "badala ya kutoa wingi, itatoa wakati," aeleza mwanafizikia mmoja ambaye anapendekeza kuhesabu wakati, Martin Bojowald.

Kwa kuiga saa kama hiyo ya ulimwengu wote, yeye na wenzake katika Chuo cha Jimbo la Pennsylvania huko Marekani walionyesha kwamba ingeleta mabadiliko katika saa za atomiki za bandia, ambazo hutumia mitetemo ya atomiki kutoa matokeo sahihi zaidi yanayojulikana. vipimo vya wakati. Kulingana na mtindo huu, saa ya atomiki (5) wakati mwingine haikupatanisha na saa ya ulimwengu wote. Hili litawekea kikomo usahihi wa kipimo cha muda kwa saa moja ya atomiki, kumaanisha kwamba saa mbili tofauti za atomiki zinaweza kuishia kutolingana na urefu wa kipindi kilichopita. Kwa kuzingatia kwamba saa zetu bora zaidi za atomiki zinalingana na zinaweza kupima kupe hadi sekunde 10-19, au sehemu moja ya kumi ya sehemu ya bilioni ya sehemu ya bilioni ya sekunde, kitengo cha msingi cha wakati hakiwezi kuwa zaidi ya sekunde 10-33. Haya ni hitimisho la nakala juu ya nadharia hii ambayo ilionekana mnamo Juni 2020 kwenye jarida Barua za Mapitio ya Kimwili.

5. Saa ya atomiki yenye msingi wa Lutetium katika Chuo Kikuu cha Kitaifa cha Singapore.

Kujaribu kama kitengo cha msingi cha wakati kipo ni zaidi ya uwezo wetu wa sasa wa kiteknolojia, lakini bado inaonekana kufikiwa zaidi kuliko kupima muda wa Planck, ambao ni sekunde 5,4 × 10–44.

Athari ya kipepeo haifanyi kazi!

Kuondoa wakati kutoka kwa ulimwengu wa quantum au kuhesabu kunaweza kuwa na matokeo ya kuvutia, lakini hebu tuwe waaminifu, mawazo maarufu yanaendeshwa na kitu kingine, yaani usafiri wa wakati.

Karibu mwaka mmoja uliopita, profesa wa fizikia wa Chuo Kikuu cha Connecticut Ronald Mallett aliiambia CNN kwamba alikuwa ameandika mlingano wa kisayansi ambao unaweza kutumika kama msingi wa mashine ya wakati halisi. Hata alitengeneza kifaa cha kuonyesha kipengele muhimu cha nadharia hiyo. Anaamini kuwa inawezekana kinadharia kugeuza wakati kuwa kitanziambayo ingeruhusu kusafiri kwa wakati kwenda zamani. Hata aliunda mfano unaoonyesha jinsi lasers inaweza kusaidia kufikia lengo hili. Ikumbukwe kwamba wenzake Mallett hawajashawishika kuwa mashine yake ya saa itawahi kutokea. Hata Mallett anakiri kwamba wazo lake ni la kinadharia kabisa katika hatua hii.

Mwishoni mwa 2019, New Scientist iliripoti kwamba wanafizikia Barak Shoshani na Jacob Hauser wa Taasisi ya Perimeter huko Kanada walielezea suluhisho ambalo mtu anaweza kusafiri kinadharia kutoka kwa moja. malisho ya habari kwa pili, kupita kupitia shimo ndani muda wa nafasi au handaki, kama wanasema, "kihisabati inawezekana". Mtindo huu unadhania kuwa kuna ulimwengu tofauti sambamba ambao tunaweza kusafiri, na una shida kubwa - kusafiri kwa wakati hakuathiri kalenda ya matukio ya wasafiri wenyewe. Kwa njia hii, unaweza kushawishi mwendelezo mwingine, lakini ile ambayo tulianza safari bado haijabadilika.

Na kwa kuwa tuko katika kuendelea kwa wakati wa nafasi, basi kwa msaada wa kompyuta ya quantum Ili kuiga safari ya muda, wanasayansi hivi majuzi walithibitisha kwamba hakuna "athari ya kipepeo" katika eneo la quantum, kama inavyoonekana katika filamu na vitabu vingi vya uongo vya sayansi. Katika majaribio katika kiwango cha quantum, iliyoharibiwa, inaonekana karibu bila kubadilika, kana kwamba ukweli huponya yenyewe. Karatasi juu ya mada hii ilionekana msimu huu wa joto katika Barua za Mapitio ya Kisaikolojia. "Kwenye kompyuta ya quantum, hakuna shida na kuiga mageuzi kinyume kwa wakati, au kwa kuiga mchakato wa kurudisha mchakato nyuma," alielezea Mikolay Sinitsyn, mwanafizikia wa nadharia katika Maabara ya Kitaifa ya Los Alamos na ushirikiano mwandishi wa utafiti. Kazi. "Tunaweza kuona kile kinachotokea kwa ulimwengu mgumu wa quantum ikiwa tutarudi nyuma kwa wakati, kuongeza uharibifu na kurudi nyuma. Tunapata kwamba ulimwengu wetu wa awali umesalia, ambayo ina maana kwamba hakuna athari ya kipepeo katika mechanics ya quantum.

Hili ni pigo kubwa kwetu, lakini pia ni habari njema kwetu. Mwendelezo wa muda wa nafasi hudumisha uadilifu, bila kuruhusu mabadiliko madogo kuiharibu. Kwa nini? Hili ni swali la kuvutia, lakini mada tofauti kidogo kuliko wakati yenyewe.