Vaqt topishmoq

Vaqt har doim muammo bo'lib kelgan. Birinchidan, hatto eng zo'r aqllilar uchun ham vaqt nima ekanligini tushunish qiyin edi. Bugun, biz buni ma'lum darajada tushungandek tuyulganimizda, ko'pchilik busiz, hech bo'lmaganda an'anaviy ma'noda, qulayroq bo'lishiga ishonishadi.

"" Isaak Nyuton tomonidan yozilgan. U vaqtni faqat matematik tarzda tushunish mumkinligiga ishongan. Uning uchun bir o'lchovli mutlaq vaqt va Olamning uch o'lchovli geometriyasi ob'ektiv haqiqatning mustaqil va alohida tomonlari bo'lib, mutlaq vaqtning har bir lahzasida Olamdagi barcha hodisalar bir vaqtda sodir bo'lgan.

Eynshteyn o'zining maxsus nisbiylik nazariyasi bilan bir vaqtda vaqt tushunchasini olib tashladi. Uning fikriga ko'ra, bir vaqtning o'zida hodisalar o'rtasidagi mutlaq munosabat emas: bir vaqtning o'zida bir mos yozuvlar doirasidagi narsa bir vaqtning o'zida boshqasida bo'lishi shart emas.

Eynshteynning vaqtni tushunishiga misol sifatida kosmik nurlardan olingan muonni keltirish mumkin. Bu beqaror subatomik zarracha boʻlib, oʻrtacha umri 2,2 mikrosekundga teng. U atmosferaning yuqori qismida hosil bo'ladi va biz parchalanishdan oldin u bor-yo'g'i 660 metr (yorug'lik tezligi 300 000 km/s) masofani bosib o'tishini kutayotgan bo'lsak-da, vaqtni kengaytirish effektlari kosmik myuonlarni Yer yuzasiga 100 kilometrdan ortiq masofani bosib o'tishga imkon beradi. va undan keyin. . Yer bilan mos yozuvlar tizimida muonlar yuqori tezligi tufayli uzoqroq yashaydi.

1907 yilda Eynshteynning sobiq o'qituvchisi Hermann Minkovski fazo va vaqtni taqdim etdi. Fazoviy vaqt o'zini zarrachalar bir-biriga nisbatan koinotda harakatlanadigan sahnaga o'xshaydi. Biroq, kosmik vaqtning bu versiyasi to'liq emas edi (Shuningdek qarang: ). 1916 yilda Eynshteyn umumiy nisbiy nazariyani kiritmaguncha u tortishish kuchini o'z ichiga olmaydi. Fazo-vaqt to'qimasi modda va energiya mavjudligi bilan uzluksiz, silliq, burishgan va deformatsiyalangan (2). Gravitatsiya - bu jismlar bosib o'tadigan yo'lni belgilaydigan massiv jismlar va boshqa energiya shakllari tufayli koinotning egri chizig'i. Bu egrilik dinamik bo'lib, jismlar harakatlanayotganda harakatlanadi. Fizik Jon Uiler aytganidek, "Kosmos vaqt qanday harakat qilish kerakligini aytib, massani egallaydi va massa qanday egri bo'lishini aytib, bo'sh vaqtni egallaydi".

2. Eynshteynning fazoviy vaqti

Vaqt va kvant dunyosi

Umumiy nisbiylik nazariyasi vaqtning o'tishini uzluksiz va nisbiy deb hisoblaydi va tanlangan bo'lakda vaqtning o'tishini universal va mutlaq deb hisoblaydi. 60-yillarda ilgari mos kelmaydigan g'oyalarni, kvant mexanikasini va umumiy nisbiylikni birlashtirishga bo'lgan muvaffaqiyatli urinish Wheeler-DeWitt tenglamasi deb nomlanuvchi nazariyaga qadam bo'lishiga olib keldi. kvant tortishish kuchi. Bu tenglama bir muammoni hal qildi, lekin boshqasini yaratdi. Vaqt bu tenglamada hech qanday rol o'ynamaydi. Bu fiziklar o'rtasida katta tortishuvlarga olib keldi, ular buni vaqt muammosi deb atashadi.

Karlo Rovelli (3), zamonaviy italyan nazariy fizigi bu masalada aniq fikrga ega. ", deb yozgan edi u "Vaqt siri" kitobida.

3. Karlo Rovelli va uning kitobi

Kvant mexanikasining Kopengagen talqini bilan rozi bo'lganlar, kvant jarayonlari Shredinger tenglamasiga bo'ysunadi, deb hisoblashadi, bu tenglama vaqt bo'yicha simmetrikdir va funktsiyaning to'lqin qulashi natijasida paydo bo'ladi. Entropiyaning kvant mexanik versiyasida entropiya o'zgarganda issiqlik emas, balki axborot oqadi. Ba'zi kvant fiziklari vaqt o'qining kelib chiqishini topganliklarini da'vo qilishadi. Ularning ta'kidlashicha, energiya tarqaladi va ob'ektlar tekislanadi, chunki elementar zarralar "kvant chigallik" shaklida o'zaro bog'lanadi. Eynshteyn hamkasblari Podolskiy va Rozen bilan birgalikda bu xatti-harakatni imkonsiz deb topdi, chunki u mahalliy realistik sabablar nuqtai nazariga zid edi. Qanday qilib bir-biridan uzoqda joylashgan zarralar bir vaqtning o'zida bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin, deb so'rashdi ular.

1964 yilda u Eynshteynning yashirin o'zgaruvchilar haqidagi da'volarini rad etgan eksperimental testni ishlab chiqdi. Shunday qilib, ma'lumotlar chigal zarralar orasida yorug'likdan tezroq tarqaladi, degan fikr keng tarqalgan. Bizga ma'lumki, vaqt uchun mavjud emas chigallashgan zarralar (4).

Quddusdagi Eli Megidish boshchiligidagi Ibroniy universitetining bir guruh fiziklari 2013-yilda o‘z vaqtida birga mavjud bo‘lmagan fotonlarni chalkashtirib yuborishga muvaffaq bo‘lganliklarini ma’lum qilishdi. Birinchidan, birinchi bosqichda ular o'ralgan fotonlar juftligini yaratdilar, 1-2. Ko'p o'tmay, ular foton 1ning qutblanishini o'lchadilar (yorug'lik tebranish yo'nalishini tavsiflovchi xususiyat) - shu bilan uni "o'ldirish" (II bosqich). Foton 2 sayohatga yuborildi va yangi chigallashgan juftlik 3-4 hosil bo'ldi (III bosqich). Keyin foton 3 harakatlanuvchi foton 2 bilan birga shunday o'lchandiki, chalkashlik koeffitsienti eski juftlikdan (1-2 va 3-4) yangi birlashtirilgan 2-3 ga (IV bosqich) "o'zgardi". Biroz vaqt o'tgach (V bosqich) omon qolgan yagona foton 4 ning qutbliligi o'lchanadi va natijalar uzoq vaqt o'lik foton 1 ning polarizatsiyasi bilan taqqoslanadi (II bosqichda). Natija? Ma'lumotlar "vaqtinchalik mahalliy bo'lmagan" 1 va 4 fotonlari o'rtasida kvant korrelyatsiyasi mavjudligini aniqladi. Bu shuni anglatadiki, chalkashlik vaqt davomida hech qachon birga bo'lmagan ikkita kvant tizimida sodir bo'lishi mumkin.

Megiddish va uning hamkasblari natijalarining mumkin bo'lgan talqinlari haqida taxmin qilishdan boshqa iloji yo'q. Ehtimol, II bosqichda 1-fotonning qutblanishini o'lchash qandaydir tarzda kelajakdagi 4 polarizatsiyasini yo'naltiradi yoki V bosqichda foton 4 qutblanishini o'lchash qandaydir tarzda foton 1 ning oldingi qutblanish holatini qayta yozadi. Oldinga va orqaga yo'nalishda kvant korrelyatsiyalar bir fotonning o'limi va boshqasining tug'ilishi o'rtasidagi sababiy bo'shliqqa tarqaladi.

Bu makro miqyosda nimani anglatadi? Mumkin bo'lgan oqibatlarni muhokama qilgan olimlar, yulduz nurini kuzatishlarimiz 9 milliard yil oldin fotonlarning qutblanishini qandaydir tarzda belgilab qo'ygan bo'lishi mumkinligi haqida gapirishadi.

Bir juft amerikalik va kanadalik fiziklar, Kaliforniyadagi Chapman universitetidan Metyu S. Leifer va Ontariodagi Perimetr nazariy fizika institutida Metyu F. Pusey bir necha yil oldin, agar biz Eynshteyn haqiqatiga yopishib olmasak, buni payqashdi. Zarrachada qilingan o'lchovlar o'tmishda va kelajakda aks ettirilishi mumkin, bu vaziyatda ahamiyatsiz bo'lib qoladi. Ba'zi asosiy taxminlarni qayta shakllantirgandan so'ng, olimlar Bell teoremasiga asoslangan modelni ishlab chiqdilar, unda fazo vaqtga aylanadi. Ularning hisob-kitoblari shuni ko'rsatadiki, nima uchun vaqt doimo oldinda deb faraz qilsak, biz qarama-qarshiliklarga qoqiladi.

Karl Rovellining so'zlariga ko'ra, bizning insoniy vaqtni idrok etishimiz issiqlik energiyasining o'zini qanday tutishi bilan uzviy bog'liqdir. Nega biz kelajakni emas, faqat o'tmishni bilamiz? Kalit, olimning fikricha, issiqroq narsalardan sovuqroqlarga bir tomonlama issiqlik oqimi. Issiq chashka qahvaga tashlangan muz kubigi qahvani sovutadi. Ammo bu jarayonni qaytarib bo'lmaydi. Inson o'ziga xos "termodinamik mashina" sifatida bu vaqtning o'qiga ergashadi va boshqa yo'nalishni tushunolmaydi. "Agar men mikroskopik holatni kuzatsam, - deb yozadi Rovelli, - o'tmish va kelajak o'rtasidagi farq yo'qoladi ... narsalarning elementar grammatikasida sabab va oqibat o'rtasida farq yo'q".

Kvant kasrlarda o'lchanadigan vaqt

Yoki vaqtni kvantlash mumkinmi? Yaqinda paydo bo'lgan yangi nazariya shuni ko'rsatadiki, eng kichik vaqt oralig'i soniyaning milliarddan birining milliondan bir qismidan oshmasligi kerak. Nazariya hech bo'lmaganda soatning asosiy mulki bo'lgan kontseptsiyaga amal qiladi. Nazariychilarning fikricha, bu fikrlashning oqibatlari “hamma narsa nazariyasi”ni yaratishga yordam beradi.

Kvant vaqti tushunchasi yangi emas. Kvant tortishish modeli vaqtni kvantlash va ma'lum bir belgi tezligiga ega bo'lishni taklif qiladi. Bu belgilanish davri universal minimal birlikdir va hech qanday vaqt o'lchami bundan kam bo'lishi mumkin emas. Go‘yo koinotning poydevorida undagi hamma narsaning minimal harakat tezligini belgilab beruvchi, boshqa zarrachalarga massa beradigan maydon bor edi. Ushbu universal soat misolida, vaqtni kvantlashni taklif qilgan fizik Martin Bojovald "massa berish o'rniga, vaqt beradi" deb tushuntiradi.

Bunday universal soatni modellashtirish orqali u va uning AQShdagi Pensilvaniya shtat kollejidagi hamkasblari ma'lum bo'lgan eng aniq natijalarni olish uchun atom tebranishlaridan foydalanadigan sun'iy atom soatlarida farq qilishini ko'rsatdi. vaqt o'lchovlari. Ushbu modelga ko'ra, atom soati (5) ba'zan universal soat bilan sinxronlashmagan. Bu vaqtni o'lchashning aniqligini bitta atom soati bilan cheklaydi, ya'ni ikki xil atom soatlari o'tgan davr uzunligiga mos kelmasligi mumkin. Bizning eng yaxshi atom soatlarimiz bir-biriga mos kelishini va 10-19 soniyagacha yoki soniyaning milliarddan bir milliarddan birining o'ndan birini o'lchashi mumkinligini hisobga olsak, vaqtning asosiy birligi 10-33 soniyadan oshmasligi kerak. Bular 2020 yil iyun oyida Physical Review Letters jurnalida chop etilgan ushbu nazariyaga oid maqolaning xulosalari.

5. Singapur Milliy universitetida lyutetiy asosidagi atom soati.

Bunday asosiy vaqt birligining mavjudligini tekshirish bizning hozirgi texnologik imkoniyatlarimizdan tashqarida, ammo baribir Plank vaqtini o'lchashdan ko'ra qulayroq ko'rinadi, bu 5,4 × 10-44 soniya.

Kelebek effekti ishlamaydi!

Vaqtni kvant olamidan olib tashlash yoki uni kvantlash qiziqarli oqibatlarga olib kelishi mumkin, ammo rostini aytsam, ommabop tasavvurni boshqa narsa, ya'ni vaqt sayohati boshqaradi.

Taxminan bir yil oldin Konnektikut universiteti fizikasi professori Ronald Mallett CNN telekanaliga bergan intervyusida u asos sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan ilmiy tenglama yozganini aytdi. real vaqt mashinasi. U hatto nazariyaning asosiy elementini tasvirlash uchun qurilma qurdi. U nazariy jihatdan mumkin, deb hisoblaydi vaqtni halqaga aylantirishbu o'tmishga vaqt sayohat qilish imkonini beradi. U hatto lazerlar bu maqsadga erishishda qanday yordam berishi mumkinligini ko'rsatuvchi prototipni ham yaratdi. Ta'kidlash joizki, Mallettning hamkasblari uning vaqt mashinasi hech qachon amalga oshishiga ishonchlari komil emas. Hatto Mallett ham uning g'oyasi hozirgi paytda butunlay nazariy ekanligini tan oladi.

2019 yil oxirida New Scientist, Kanadadagi Perimetr instituti fiziklari Barak Shoshani va Jeykob Xauzer inson nazariy jihatdan bir nuqtadan sayohat qilishi mumkin bo'lgan yechimni tasvirlagani haqida xabar berdi. Yangiliklar tasmasi ikkinchisiga, o'tish teshik orqali fazo-vaqt yoki tunnel, ular aytganidek, "matematik jihatdan mumkin". Ushbu model biz sayohat qilishimiz mumkin bo'lgan turli xil parallel koinotlar mavjudligini nazarda tutadi va jiddiy kamchilikka ega - vaqt sayohati sayohatchilarning vaqt jadvaliga ta'sir qilmaydi. Shu tarzda, siz boshqa kontinuumlarga ta'sir qilishingiz mumkin, ammo biz sayohatni boshlaganimiz o'zgarishsiz qoladi.

Va biz fazo-vaqt davomida bo'lganimiz sababli, yordami bilan kvant kompyuteri Vaqt sayohatini taqlid qilish uchun olimlar yaqinda kvant olamida ko'plab ilmiy-fantastik filmlar va kitoblarda ko'rinib turganidek, "kapalak effekti" yo'qligini isbotladilar. Kvant darajasidagi tajribalarda shikastlangan, deyarli o'zgarmagandek tuyuladi, go'yo haqiqat o'zini davolaydi. Ushbu yozda Psyical Review Letters jurnalida ushbu mavzu bo'yicha maqola paydo bo'ldi. Los Alamos milliy laboratoriyasining nazariy fizigi va hamkasbi Mikolay Sinitsyn tushuntirdi: "Kvant kompyuterida qarama-qarshi evolyutsiyani o'z vaqtida simulyatsiya qilish yoki jarayonni o'tmishga qaytarish jarayonini simulyatsiya qilish bilan bog'liq muammolar yo'q." tadqiqot muallifi. Ish. “Agar biz o'tmishga qaytib, ozgina zarar qo'shsak va orqaga qaytsak, murakkab kvant dunyosi bilan nima sodir bo'lishini ko'rishimiz mumkin. Bizning ibtidoiy dunyomiz saqlanib qolganligini aniqlaymiz, bu kvant mexanikasida kapalak effekti yo'qligini anglatadi.

Bu biz uchun katta zarba, biroq biz uchun yaxshi yangilik. Fazo-vaqt uzluksizligi butunlikni saqlaydi, kichik o'zgarishlar uni yo'q qilishga imkon bermaydi. Nega? Bu qiziq savol, lekin vaqtning o'zidan bir oz boshqacha mavzu.