חידת הזמן
הזמן תמיד היה בעיה. ראשית, אפילו למוחות המבריקים ביותר היה קשה להבין מהו הזמן באמת. היום, כשנדמה לנו שאנחנו מבינים את זה במידה מסוימת, רבים מאמינים שבלעדיו, לפחות במובן המסורתי, זה יהיה נוח יותר.
"" נכתב על ידי אייזק ניוטון. הוא האמין שניתן להבין את הזמן רק באופן מתמטי. עבורו, זמן מוחלט חד-ממדי והגיאומטריה התלת-ממדית של היקום היו היבטים עצמאיים ונפרדים של המציאות האובייקטיבית, ובכל רגע של זמן מוחלט כל האירועים ביקום התרחשו בו-זמנית.
עם תורת היחסות המיוחדת שלו, איינשטיין הסיר את המושג זמן סימולטני. לפי הרעיון שלו, סימולטניות אינה יחס מוחלט בין אירועים: מה שנמצא בו זמנית במסגרת התייחסות אחת לא בהכרח יהיה בו זמנית באחרת.
דוגמה להבנת הזמן של איינשטיין היא המיון מקרניים קוסמיות. זהו חלקיק תת-אטומי לא יציב עם אורך חיים ממוצע של 2,2 מיקרו-שניות. הוא נוצר באטמוספרה העליונה, ולמרות שאנו מצפים שהוא יעבור רק 660 מטר (במהירות האור 300 קמ"ש) לפני התפוררות, השפעות הרחבת הזמן מאפשרות למיואונים קוסמיים לעבור למעלה מ-000 קילומטרים אל פני כדור הארץ. ועוד. . במסגרת ייחוס עם כדור הארץ, מיואונים חיים זמן רב יותר בשל מהירותם הגבוהה.
בשנת 1907, מורו לשעבר של איינשטיין הרמן מינקובסקי הציג את החלל והזמן כ. זמן החלל מתנהג כמו סצנה שבה חלקיקים נעים ביקום ביחס זה לזה. עם זאת, גרסה זו של זמן חלל לא הייתה שלמה (ראה גם: ). זה לא כלל את כוח הכבידה עד שאיינשטיין הציג את תורת היחסות הכללית ב-1916. מארג המרחב-זמן הוא רציף, חלק, מעוות ומעוות על ידי נוכחותם של חומר ואנרגיה (2). כוח הכבידה הוא העקמומיות של היקום, הנגרמת על ידי גופים מסיביים וצורות אחרות של אנרגיה, שקובעת את הנתיב אליו עוברים עצמים. עקמומיות זו היא דינמית, נעה תוך כדי תנועה של עצמים. כפי שאומר הפיזיקאי ג'ון ווילר, "זמן החלל משתלט על המסה בכך שהוא אומר לה איך לנוע, והמסה משתלטת על הזמן על ידי כך שהוא אומר לה איך להתעקם."
2. המרחב-זמן של איינשטיין
הזמן והעולם הקוונטי
תורת היחסות הכללית רואה בחלוף הזמן רציף ויחסי, ורואה בחלוף הזמן אוניברסלי ומוחלט בפרוסה שנבחרה. בשנות ה-60, ניסיון מוצלח לשלב בין רעיונות שלא היו תואמים בעבר, מכניקת קוונטים ותורת היחסות הכללית הוביל למה שמכונה משוואת וילר-דה-וויט, צעד לקראת תיאוריה. כבידה קוונטית. משוואה זו פתרה בעיה אחת אך יצרה בעיה אחרת. לזמן אין תפקיד במשוואה זו. זה הוביל למחלוקת גדולה בקרב פיזיקאים, שאותה הם מכנים בעיית הזמן.
קרלו רובלי (3), לפיזיקאי תיאורטי איטלקי מודרני יש דעה נחרצת בעניין זה. ", כתב בספר "סוד הזמן".
3. קרלו רובלי וספרו
אלה שמסכימים עם הפירוש של קופנהגן למכניקת הקוונטים מאמינים שתהליכים קוונטיים מצייתים למשוואת שרדינגר, שהיא סימטרית בזמן ונובעת מקריסת גל של פונקציה. בגרסה המכאנית הקוונטית של האנטרופיה, כאשר האנטרופיה משתנה, זה לא חום שזורם, אלא מידע. כמה פיזיקאים קוונטים טוענים שמצאו את מקורו של חץ הזמן. הם אומרים שאנרגיה מתפזרת וחפצים מתיישרים מכיוון שחלקיקים אלמנטריים נקשרים כאשר הם מקיימים אינטראקציה בצורה של "הסתבכות קוונטית". איינשטיין, יחד עם עמיתיו פודולסקי ורוזן, ראו בהתנהגות כזו בלתי אפשרית משום שהיא סותרת את ההשקפה הריאליסטית המקומית של סיבתיות. איך חלקיקים הממוקמים רחוק זה מזה יכולים לקיים אינטראקציה זה עם זה בבת אחת, הם שאלו.
ב-1964 הוא פיתח מבחן ניסיוני שהפריך את טענותיו של איינשטיין לגבי מה שנקרא משתנים נסתרים. לפיכך, הדעה הרווחת היא שמידע אכן נע בין חלקיקים סבוכים, פוטנציאלי מהר יותר ממה שהאור יכול לנוע. עד כמה שאנחנו יודעים, זמן לא קיים עבור חלקיקים מסתבכים (4).
קבוצת פיזיקאים באוניברסיטה העברית בראשות אלי מגדיש בירושלים דיווחה ב-2013 כי הצליחה לסבך פוטונים שלא התקיימו בזמן. ראשית, בשלב הראשון, הם יצרו זוג סבוך של פוטונים, 1-2. זמן קצר לאחר מכן, הם מדדו את הקיטוב של פוטון 1 (תכונה המתארת את הכיוון שבו האור מתנודד) - ובכך "הרגו" אותו (שלב II). פוטון 2 נשלח למסע, ונוצר זוג סבוך חדש 3-4 (שלב III). לאחר מכן נמדד פוטון 3 יחד עם הפוטון הנוסע 2 באופן שמקדם ההסתבכות "השתנה" מהזוגות הישנים (1-2 ו-3-4) ל-2-3 המשולב החדש (שלב IV). זמן מה לאחר מכן (שלב V) נמדדת הקוטביות של הפוטון 4 היחיד ששרד והתוצאות מושוות לקיטוב של הפוטון 1 המת מזמן (בשלב השני). תוֹצָאָה? הנתונים חשפו את נוכחותם של מתאמים קוונטיים בין פוטונים 1 ו-4, "לא מקומיים באופן זמני". המשמעות היא שהסתבכות יכולה להתרחש בשתי מערכות קוונטיות שמעולם לא התקיימו במקביל בזמן.
מגידיש ועמיתיו אינם יכולים שלא לשער על פירושים אפשריים לתוצאותיהם. אולי מדידת הקיטוב של פוטון 1 בשלב II מכוונת איכשהו את הקיטוב העתידי של 4, או מדידת הקיטוב של פוטון 4 בשלב V משכתבת איכשהו את מצב הקיטוב הקודם של פוטון 1. גם קדימה וגם אחורה, מתאמים קוונטיים מתפשטים לריק הסיבתי בין מותו של פוטון אחד לבין לידתו של אחר.
מה זה אומר בסולם מאקרו? מדענים, דנים בהשלכות האפשריות, מדברים על האפשרות שהתצפיות שלנו על אור הכוכבים הכתיבו איכשהו את הקיטוב של פוטונים לפני 9 מיליארד שנים.
זוג פיזיקאים אמריקאים וקנדים, מתיו ס. לייפר מאוניברסיטת צ'פמן בקליפורניה ומתיו פ. פוסיי מהמכון היקפי לפיזיקה תיאורטית באונטריו, שמו לב לפני כמה שנים שאם לא נצמד לעובדה שאיינשטיין. מדידות שנעשות על חלקיק יכולות לבוא לידי ביטוי בעבר ובעתיד, מה שהופך ללא רלוונטי במצב זה. לאחר ניסוח מחדש של כמה הנחות יסוד, המדענים פיתחו מודל המבוסס על משפט בל שבו החלל הופך לזמן. החישובים שלהם מראים מדוע, בהנחה שהזמן תמיד לפנינו, אנו נתקלים בסתירות.
לפי קרל רובלי, תפיסת הזמן האנושית שלנו קשורה קשר בל יינתק לאופן שבו מתנהגת האנרגיה התרמית. למה אנחנו יודעים רק את העבר ולא את העתיד? המפתח, לפי המדען, זרימה חד כיוונית של חום מחפצים חמים יותר לקרים יותר. קוביית קרח שנזרקת לתוך כוס קפה חמה מקררת את הקפה. אבל התהליך הוא בלתי הפיך. האדם, כמעין "מכונה תרמודינמית", הולך בעקבות חץ הזמן הזה ואינו מסוגל להבין כיוון אחר. "אבל אם אני צופה במצב מיקרוסקופי", כותב רובלי, "ההבדל בין העבר לעתיד נעלם... בדקדוק היסודי של הדברים אין הבחנה בין סיבה ותוצאה."
זמן נמדד בשברים קוונטיים
או אולי אפשר לכמת את הזמן? תיאוריה חדשה שהופיעה לאחרונה מציעה כי מרווח הזמן הקטן ביותר שניתן להעלות על הדעת אינו יכול לעלות על מיליונית מיליארדית מיליארדית השנייה. התיאוריה עוקבת אחר מושג שהוא לפחות התכונה הבסיסית של שעון. לפי תיאורטיקנים, ההשלכות של נימוק זה יכולות לעזור ליצור "תיאוריה של הכל".
המושג זמן קוונטי אינו חדש. דגם של כוח הכבידה הקוונטית מציע שהזמן יהיה כמותי ויהיה לו שיעור תקתק מסוים. מחזור תקתוק זה הוא יחידת המינימום האוניברסלית, ואין מימד זמן יכול להיות פחות מזה. זה יהיה כאילו היה שדה ביסוד היקום שקובע את המהירות המינימלית של כל דבר שבו, נותן מסה לחלקיקים אחרים. במקרה של השעון האוניברסלי הזה, "במקום לתת מסה, הוא ייתן זמן", מסביר פיזיקאי אחד שמציע לכמת את הזמן, מרטין בוג'וולד.
על ידי הדמיית שעון אוניברסלי שכזה, הוא ועמיתיו בפנסילבניה סטייט קולג' בארצות הברית הראו שזה יעשה הבדל בשעונים אטומיים מלאכותיים, המשתמשים ברטט אטומי כדי להפיק את התוצאות המדויקות ביותר הידועות. מדידות זמן. לפי מודל זה, השעון האטומי (5) לפעמים לא הסתנכרן עם השעון האוניברסלי. זה יגביל את הדיוק של מדידת הזמן לשעון אטומי בודד, כלומר שני שעונים אטומיים שונים עלולים בסופו של דבר לא להתאים את אורך התקופה שחלפה. בהתחשב בכך שהשעונים האטומיים הטובים ביותר שלנו עקביים זה עם זה ויכולים למדוד תקתוקים עד 10-19 שניות, או עשירית מיליארדית מיליארדית השנייה, יחידת הזמן הבסיסית לא יכולה להיות יותר מ-10-33 שניות. אלו המסקנות של מאמר על תיאוריה זו שהופיע ביוני 2020 בכתב העת Physical Review Letters.
5. שעון אטומי מבוסס לוטטיום באוניברסיטה הלאומית של סינגפור.
הבדיקה אם קיימת יחידת זמן בסיס כזו היא מעבר ליכולות הטכנולוגיות הנוכחיות שלנו, אך עדיין נראית נגישה יותר ממדידת זמן פלאנק, שהוא 5,4 × 10–44 שניות.
אפקט הפרפר לא עובד!
להוצאת הזמן מהעולם הקוונטי או לכימות שלו יכולות להיות השלכות מעניינות, אבל בואו נהיה כנים, הדמיון הפופולרי מונע ממשהו אחר, כלומר מסע בזמן.
לפני כשנה, פרופסור לפיזיקה מאוניברסיטת קונטיקט, רונלד מאלט, אמר ל-CNN כי הוא כתב משוואה מדעית שיכולה לשמש כבסיס מכונת זמן אמת. הוא אפילו בנה מכשיר להמחשת מרכיב מרכזי בתיאוריה. הוא מאמין שזה אפשרי תיאורטית להפוך את הזמן ללופמה שיאפשר מסע בזמן אל העבר. הוא אפילו בנה אב טיפוס שמראה כיצד לייזרים יכולים לעזור להשיג מטרה זו. יש לציין שעמיתיו של מאלט אינם משוכנעים שמכונת הזמן שלו אי פעם תתממש. אפילו מאלט מודה שהרעיון שלו הוא תיאורטי לחלוטין בשלב זה.
בסוף 2019, New Scientist דיווח כי הפיזיקאים ברק שושני ויעקב האוזר מהמכון הפרימטר בקנדה תיארו פתרון שבו אדם יכול תיאורטית לנסוע מאחד עדכון חדשות אל השני, עובר דרך חור פנימה זמן מרחב או מנהרה, כמו שאומרים, "אפשרית מתמטית". המודל הזה מניח שיש יקומים מקבילים שונים שבהם אנחנו יכולים לטייל, ויש לו חיסרון רציני - מסע בזמן אינו משפיע על ציר הזמן של המטיילים עצמם. כך ניתן להשפיע על רצפים אחרים, אך זה שממנו התחלנו את המסע נותר ללא שינוי.
ומכיוון שאנו נמצאים ברצף מרחב-זמן, אז בעזרת מחשב קוונטי כדי לדמות מסע בזמן, מדענים הוכיחו לאחרונה שאין "אפקט פרפר" בתחום הקוונטי, כפי שניתן לראות בסרטי מדע בדיוני רבים ובספרים. בניסויים ברמה הקוונטית, פגום, לכאורה כמעט ללא שינוי, כאילו המציאות מרפאה את עצמה. מאמר בנושא הופיע הקיץ ב-Psysical Review Letters. "במחשב קוונטי, אין בעיות עם הדמיית האבולוציה ההפוכה בזמן, או עם הדמיית התהליך של העברת התהליך חזרה לעבר", הסביר מיקולאי סיניצין, פיזיקאי תיאורטי במעבדה הלאומית של לוס אלמוס ושותף ב-Los Alamos National Laboratory. מחבר המחקר. עֲבוֹדָה. "אנחנו באמת יכולים לראות מה קורה לעולם הקוונטי המורכב אם נחזור אחורה בזמן, נוסיף קצת נזק ונחזור אחורה. אנחנו מגלים שהעולם הקדמון שלנו שרד, מה שאומר שאין אפקט פרפר במכניקת הקוונטים".
זו מכה גדולה עבורנו, אבל גם חדשות טובות עבורנו. רצף המרחב-זמן שומר על שלמות, ולא מאפשר לשינויים קטנים להרוס אותו. למה? זו שאלה מעניינת, אבל נושא קצת שונה מהזמן עצמו.
