ปริศนาแห่งกาลเวลา

เวลามีปัญหาเสมอ ประการแรก มันยากสำหรับแม้แต่จิตใจที่ฉลาดที่สุดที่จะเข้าใจว่าเวลาจริงๆ เป็นอย่างไร ทุกวันนี้ เมื่อเราเข้าใจสิ่งนี้ในระดับหนึ่งแล้ว หลายคนเชื่อว่าหากไม่มีสิ่งนี้ อย่างน้อยก็ในความหมายดั้งเดิม ก็จะสบายขึ้น

"" เขียนโดย ไอแซก นิวตัน เขาเชื่อว่าเวลาเท่านั้นที่สามารถเข้าใจได้อย่างแท้จริงทางคณิตศาสตร์ สำหรับเขา เวลาสัมบูรณ์แบบหนึ่งมิติและเรขาคณิตสามมิติของจักรวาลนั้นเป็นอิสระและแยกจากกันของความเป็นจริงตามวัตถุประสงค์ และในแต่ละช่วงเวลาของเวลาสัมบูรณ์ เหตุการณ์ทั้งหมดในจักรวาลก็เกิดขึ้นพร้อมกัน

ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขา Einstein ได้นำแนวคิดเรื่องเวลาพร้อมกันออกไป ตามความคิดของเขา ความพร้อมกันไม่ใช่ความสัมพันธ์แบบสัมบูรณ์ระหว่างเหตุการณ์: สิ่งที่อยู่พร้อม ๆ กันในกรอบอ้างอิงหนึ่งจะไม่จำเป็นต้องอยู่ในอีกกรอบหนึ่งพร้อม ๆ กัน

ตัวอย่างของการเข้าใจเวลาของไอน์สไตน์คือมิวออนจากรังสีคอสมิก เป็นอนุภาคย่อยของอะตอมที่ไม่เสถียรโดยมีอายุการใช้งานเฉลี่ย 2,2 ไมโครวินาที มันก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศชั้นบน และแม้ว่าเราคาดว่าจะเดินทางเพียง 660 เมตร (ที่ความเร็วแสง 300 กม./วินาที) ก่อนสลายตัว แต่เอฟเฟกต์การขยายเวลาช่วยให้มิวออนจักรวาลเดินทางได้ไกลกว่า 000 กิโลเมตรสู่พื้นผิวโลก และต่อไป. . ในกรอบอ้างอิงกับโลก มิวออนจะมีอายุยืนยาวขึ้นเนื่องจากมีความเร็วสูง

ในปี 1907 Hermann Minkowski อดีตอาจารย์ของ Einstein ได้แนะนำอวกาศและเวลาว่า กาลอวกาศทำตัวเหมือนฉากที่อนุภาคเคลื่อนที่ในจักรวาลสัมพันธ์กัน อย่างไรก็ตามกาลอวกาศรุ่นนี้ไม่สมบูรณ์ (ดูสิ่งนี้ด้วย: ). ไม่รวมแรงโน้มถ่วงจนกระทั่ง Einstein นำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1916 โครงสร้างของกาลอวกาศมีความต่อเนื่อง ราบรื่น บิดเบี้ยวและเสียรูปจากการมีอยู่ของสสารและพลังงาน (2) แรงโน้มถ่วงคือความโค้งของจักรวาลที่เกิดจากวัตถุขนาดใหญ่และพลังงานรูปแบบอื่นๆ ที่กำหนดเส้นทางที่วัตถุใช้ ความโค้งนี้เป็นไดนามิก เคลื่อนที่เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ ตามที่นักฟิสิกส์ จอห์น วีลเลอร์ กล่าวว่า "กาลอวกาศครอบครองมวลโดยบอกว่ามันเคลื่อนที่อย่างไร และมวลกินเวลากาลอวกาศโดยบอกว่ามันโค้งอย่างไร"

2. กาลอวกาศของไอน์สไตน์

เวลาและโลกควอนตัม

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปถือว่าการผ่านของเวลามีความต่อเนื่องและสัมพันธ์กัน และถือว่าการผ่านของเวลานั้นเป็นสากลและสัมบูรณ์ในส่วนที่เลือก ในทศวรรษที่ 60 ความพยายามที่ประสบความสำเร็จในการรวมแนวคิดที่เข้ากันไม่ได้ก่อนหน้านี้ กลศาสตร์ควอนตัม และทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเข้าด้วยกันนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าสมการวีลเลอร์-เดอวิตต์ ซึ่งเป็นก้าวสู่ทฤษฎี แรงโน้มถ่วงควอนตัม. สมการนี้แก้ปัญหาอย่างหนึ่งแต่สร้างปัญหาอีกอย่างหนึ่ง เวลาไม่มีส่วนในสมการนี้ สิ่งนี้นำไปสู่การโต้เถียงกันอย่างมากในหมู่นักฟิสิกส์ ซึ่งพวกเขาเรียกว่าปัญหาของเวลา

Carlo Rovelli (3) นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอิตาลีสมัยใหม่มีความคิดเห็นที่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้ เขาเขียนไว้ในหนังสือ The Secret of Time

3. Carlo Rovelli และหนังสือของเขา

บรรดาผู้ที่เห็นด้วยกับการตีความกลศาสตร์ควอนตัมของโคเปนเฮเกนเชื่อว่ากระบวนการควอนตัมเป็นไปตามสมการชโรดิงเงอร์ซึ่งมีความสมมาตรในเวลาและเกิดขึ้นจากการล่มสลายของคลื่นของฟังก์ชัน ในรุ่นกลไกควอนตัมของเอนโทรปี เมื่อเอนโทรปีเปลี่ยนแปลง มันไม่ใช่ความร้อนที่ไหล แต่เป็นข้อมูล นักฟิสิกส์ควอนตัมบางคนอ้างว่าได้พบที่มาของลูกศรแห่งกาลเวลา พวกเขากล่าวว่าพลังงานกระจายตัวและวัตถุอยู่ในแนวเดียวกันเนื่องจากอนุภาคมูลฐานจับตัวกันเมื่อมีปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบของ "การพัวพันของควอนตัม" Einstein ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเขา Podolsky และ Rosen พิจารณาว่าพฤติกรรมดังกล่าวเป็นไปไม่ได้ เพราะมันขัดแย้งกับมุมมองของความเป็นจริงในท้องถิ่นเกี่ยวกับสาเหตุ อนุภาคที่อยู่ห่างไกลกันสามารถโต้ตอบกันได้อย่างไร พวกเขาถาม

ในปีพ.ศ. 1964 เขาได้พัฒนาการทดสอบทดลองที่หักล้างคำกล่าวอ้างของไอน์สไตน์เกี่ยวกับตัวแปรที่ซ่อนอยู่ที่เรียกว่า ดังนั้นจึงเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าข้อมูลเดินทางระหว่างอนุภาคที่พันกันซึ่งอาจเร็วกว่าแสงที่สามารถเดินทางได้ เท่าที่เรารู้ เวลาไม่มีสำหรับ อนุภาคพัวพัน (4)

นักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งที่มหาวิทยาลัยฮิบรู นำโดยเอลี เมกิดิช ในกรุงเยรูซาเล็มรายงานในปี 2013 ว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการเข้าไปพัวพันโฟตอนที่ไม่ได้อยู่ร่วมกันได้ทันเวลา ขั้นแรก ในขั้นตอนแรก พวกเขาสร้างโฟตอนคู่พันกัน 1-2 หลังจากนั้นไม่นาน พวกเขาวัดโพลาไรเซชันของโฟตอน 1 (คุณสมบัติที่อธิบายทิศทางที่แสงแกว่งไปมา) - ด้วยเหตุนี้จึง "ฆ่า" โฟตอน (ระยะ II) โฟตอน 2 ถูกส่งไปในการเดินทางและเกิดคู่พันใหม่ 3-4 ขึ้น (ขั้นตอนที่ III) จากนั้นวัดโฟตอน 3 พร้อมกับเดินทางโฟตอน 2 ในลักษณะที่สัมประสิทธิ์พัวพัน "เปลี่ยน" จากคู่เก่า (1-2 และ 3-4) เป็นคู่ใหม่ 2-3 (ขั้นตอนที่ IV) ในเวลาต่อมา (ระยะที่ 4) จะมีการตรวจวัดขั้วของโฟตอน 1 ที่รอดตายเพียงตัวเดียวและผลลัพธ์จะถูกนำไปเปรียบเทียบกับโพลาไรเซชันของโฟตอน 1 ที่ตายไปนาน (ย้อนกลับไปในระยะ II) ผลลัพธ์? ข้อมูลเผยให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของควอนตัมระหว่างโฟตอน 4 และ XNUMX "ไม่ใช่เฉพาะที่" ซึ่งหมายความว่าการพัวพันสามารถเกิดขึ้นได้ในระบบควอนตัมสองระบบที่ไม่เคยมีอยู่ร่วมกันในเวลา

เมกิดดิชและเพื่อนร่วมงานอดไม่ได้ที่จะคาดเดาเกี่ยวกับการตีความผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ บางทีการวัดโพลาไรเซชันของโฟตอน 1 ในขั้นตอนที่ II อาจชี้นำการโพลาไรซ์ในอนาคตของ 4 หรือการวัดโพลาไรซ์ของโฟตอน 4 ในขั้นตอนที่ V เขียนสถานะโพลาไรซ์ก่อนหน้าของโฟตอน 1 ใหม่ทั้งไปข้างหน้าและข้างหลังสหสัมพันธ์ควอนตัมแพร่กระจาย ถึงความว่างเปล่าเชิงสาเหตุระหว่างการตายของโฟตอนหนึ่งกับการกำเนิดของอีกโฟตอนหนึ่ง

สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรในระดับมาโคร นักวิทยาศาสตร์กำลังหารือถึงความหมายที่เป็นไปได้ พูดคุยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่การสังเกตแสงดาวของเรากำหนดขั้วของโฟตอนเมื่อ 9 พันล้านปีก่อน

นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันและชาวแคนาดา Matthew S. Leifer จาก Chapman University ในแคลิฟอร์เนีย และ Matthew F. Pusey จาก Perimeter Institute for Theoretical Physics ในออนแทรีโอ สังเกตเห็นเมื่อสองสามปีก่อนว่าหากเราไม่ยึดติดกับข้อเท็จจริงที่ว่า Einstein การวัดที่ทำกับอนุภาคสามารถสะท้อนให้เห็นในอดีตและอนาคต ซึ่งจะไม่เกี่ยวข้องในสถานการณ์นี้ หลังจากปรับสมมติฐานพื้นฐานบางอย่างแล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาแบบจำลองตามทฤษฎีบทของเบลล์ ซึ่งในอวกาศจะเปลี่ยนเป็นเวลา การคำนวณของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าเหตุใด สมมติว่าเวลาอยู่ข้างหน้าเสมอ เราสะดุดกับความขัดแย้ง

ตามคำกล่าวของ Carl Rovelli การรับรู้ของมนุษย์เกี่ยวกับเวลามีความเชื่อมโยงกับพฤติกรรมของพลังงานความร้อนอย่างแยกไม่ออก ทำไมเรารู้แค่อดีตไม่ใช่อนาคต? ที่สำคัญตามที่นักวิทยาศาสตร์ การไหลของความร้อนในทิศทางเดียวจากวัตถุที่อุ่นกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่า. ก้อนน้ำแข็งที่โยนลงในกาแฟร้อน ๆ จะทำให้กาแฟเย็นลง แต่กระบวนการนี้กลับไม่ได้ มนุษย์ในฐานะที่เป็น "เครื่องจักรอุณหพลศาสตร์" ตามลูกศรแห่งเวลานี้และไม่สามารถเข้าใจทิศทางอื่นได้ Rovelli เขียนว่า "แต่ถ้าฉันสังเกตสภาวะจุลภาค ความแตกต่างระหว่างอดีตและอนาคตจะหายไป...ในไวยากรณ์เบื้องต้นของสิ่งต่างๆ ไม่มีความแตกต่างระหว่างเหตุและผล"

เวลาที่วัดเป็นเศษส่วนควอนตัม

หรือบางทีเวลาสามารถวัดได้? ทฤษฎีใหม่ที่เพิ่งเกิดขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ชี้ให้เห็นว่าช่วงเวลาที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ต้องไม่เกินหนึ่งในล้านของพันล้านของหนึ่งพันล้านวินาที ทฤษฎีนี้เป็นไปตามแนวคิดที่อย่างน้อยเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของนาฬิกา ตามทฤษฎีของนักทฤษฎี ผลที่ตามมาของการใช้เหตุผลนี้สามารถช่วยสร้าง "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" ได้

แนวคิดเรื่องเวลาควอนตัมไม่ใช่เรื่องใหม่ แบบจำลองของแรงโน้มถ่วงควอนตัม เสนอให้เวลาเป็นเชิงปริมาณและมีอัตราติ๊กที่แน่นอน รอบการฟ้องนี้เป็นหน่วยขั้นต่ำสากล และไม่มีมิติเวลาใดที่จะน้อยกว่านี้ ราวกับว่ามีสนามที่รากฐานของจักรวาลที่กำหนดความเร็วต่ำสุดของทุกสิ่งในนั้น ให้มวลกับอนุภาคอื่นๆ ในกรณีของนาฬิกาสากลนี้ "แทนที่จะให้มวล นาฬิกาจะให้เวลา" Martin Bojowald นักฟิสิกส์คนหนึ่งซึ่งเสนอให้คำนวณเวลาอธิบาย

ด้วยการจำลองนาฬิกาสากลดังกล่าว เขาและเพื่อนร่วมงานที่เพนซิลเวเนียสเตทคอลเลจในสหรัฐอเมริกาแสดงให้เห็นว่านาฬิกาอะตอมเทียมจะสร้างความแตกต่างได้ ซึ่งใช้การสั่นของอะตอมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำที่สุดที่ทราบกันดี การวัดเวลา. ตามแบบจำลองนี้ นาฬิกาอะตอม (5) บางครั้งไม่ซิงโครไนซ์กับนาฬิกาสากล ซึ่งจะจำกัดความแม่นยำของการวัดเวลาไว้ที่นาฬิกาอะตอมเพียงนาฬิกาเดียว ซึ่งหมายความว่านาฬิกาอะตอมที่แตกต่างกันสองนาฬิกาอาจไม่ตรงกับความยาวของช่วงเวลาที่ผ่านไป เนื่องจากนาฬิกาอะตอมที่ดีที่สุดของเรามีความสอดคล้องกัน และสามารถวัดขีดได้จนถึง 10-19 วินาที หรือหนึ่งในสิบของพันล้านของหนึ่งพันล้านวินาที หน่วยเวลาพื้นฐานต้องไม่เกิน 10-33 วินาที นี่คือบทสรุปของบทความเกี่ยวกับทฤษฎีนี้ที่ปรากฏในเดือนมิถุนายน 2020 ในวารสาร Physical Review Letters

5. นาฬิกาอะตอมที่ใช้ลูเทเทียมที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์

การทดสอบว่าหน่วยเวลาพื้นฐานนั้นอยู่นอกเหนือความสามารถทางเทคโนโลยีในปัจจุบันของเราหรือไม่ แต่ดูเหมือนว่าจะเข้าถึงได้ง่ายกว่าการวัดเวลาพลังค์ซึ่งก็คือ 5,4 × 10–44 วินาที

เอฟเฟกต์ผีเสื้อไม่ทำงาน!

การลบเวลาออกจากโลกควอนตัมหรือการหาปริมาณเวลาอาจมีผลลัพธ์ที่น่าสนใจ แต่เอาจริงๆ นะ จินตนาการที่ได้รับความนิยมนั้นถูกขับเคลื่อนโดยสิ่งอื่น กล่าวคือ การเดินทางข้ามเวลา

ประมาณหนึ่งปีที่แล้ว Ronald Mallett ศาสตราจารย์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยคอนเนตทิคัตบอกกับ CNN ว่าเขาได้เขียนสมการทางวิทยาศาสตร์ที่สามารถใช้เป็นพื้นฐานสำหรับ เครื่องเรียลไทม์. เขายังสร้างอุปกรณ์เพื่อแสดงองค์ประกอบสำคัญของทฤษฎี เขาเชื่อว่ามันเป็นไปได้ในทางทฤษฎี เปลี่ยนเวลาให้เป็นวัฏจักรซึ่งจะทำให้การเดินทางย้อนเวลากลับไปในอดีต เขายังสร้างต้นแบบที่แสดงให้เห็นว่าเลเซอร์สามารถช่วยบรรลุเป้าหมายนี้ได้อย่างไร ควรสังเกตว่าเพื่อนร่วมงานของ Mallett ไม่เชื่อว่าไทม์แมชชีนของเขาจะมีจริง แม้แต่ Mallett ก็ยอมรับว่าความคิดของเขาเป็นทฤษฎีทั้งหมด ณ จุดนี้

ในช่วงปลายปี 2019 New Scientist รายงานว่านักฟิสิกส์ Barak Shoshani และ Jacob Hauser แห่งสถาบัน Perimeter Institute ในแคนาดาอธิบายวิธีแก้ปัญหาที่บุคคลสามารถเดินทางจากที่หนึ่งไปตามทฤษฎีได้ ข่าวใหม่ ที่สองผ่าน ผ่านรูใน กาลอวกาศ หรืออุโมงค์อย่างที่พวกเขาพูดว่า "เป็นไปได้ทางคณิตศาสตร์" โมเดลนี้อนุมานว่ามีจักรวาลคู่ขนานที่แตกต่างกันซึ่งเราสามารถเดินทางได้ และมีข้อเสียอย่างร้ายแรง - การเดินทางข้ามเวลาไม่ส่งผลต่อไทม์ไลน์ของนักเดินทาง ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถโน้มน้าวความต่อเนื่องอื่นๆ ได้ แต่ความต่อเนื่องที่เราเริ่มต้นการเดินทางยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

และเนื่องจากเราอยู่ในกาลอวกาศ - เวลาต่อเนื่องดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของ คอมพิวเตอร์ควอนตัม เพื่อจำลองการเดินทางข้ามเวลา เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ว่าไม่มี "เอฟเฟกต์ผีเสื้อ" ในอาณาจักรควอนตัม ดังที่เห็นในภาพยนตร์และหนังสือนิยายวิทยาศาสตร์หลายเล่ม ในการทดลองที่ระดับควอนตัม ได้รับความเสียหาย ดูเหมือนแทบไม่เปลี่ยนแปลง ราวกับว่าความเป็นจริงสามารถเยียวยาตัวเองได้ บทความเกี่ยวกับเรื่องนี้ปรากฏในฤดูร้อนนี้ในจดหมายทบทวนจิต “ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม ไม่มีปัญหาในการจำลองวิวัฒนาการที่ตรงกันข้ามในเวลา หรือการจำลองกระบวนการย้ายกระบวนการกลับไปสู่อดีต” Mikolay Sinitsyn นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจาก Los Alamos National Laboratory และผู้ร่วมอธิบาย ผู้เขียนการศึกษา งาน. “เราสามารถเห็นได้จริงๆ ว่าเกิดอะไรขึ้นกับโลกควอนตัมที่ซับซ้อน หากเราย้อนเวลากลับไป เพิ่มความเสียหายและย้อนเวลากลับไป เราพบว่าโลกยุคดึกดำบรรพ์ของเรารอดมาได้ ซึ่งหมายความว่ากลศาสตร์ควอนตัมไม่มีผลกระทบจากผีเสื้อ”

นี่เป็นการระเบิดครั้งใหญ่สำหรับเรา แต่ก็เป็นข่าวดีสำหรับเราด้วย ความต่อเนื่องของกาล-อวกาศรักษาความสมบูรณ์ ไม่ยอมให้การเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ทำลายมัน ทำไม นี่เป็นคำถามที่น่าสนใจ แต่เป็นหัวข้อที่ต่างจากตัวเวลาเล็กน้อย