Цагийн оньсого

Цаг хугацаа үргэлж асуудал байсаар ирсэн. Нэгдүгээрт, хамгийн гайхалтай оюун ухаантнууд хүртэл цаг гэж юу болохыг ойлгоход хэцүү байсан. Өнөөдөр бид үүнийг тодорхой хэмжээгээр ойлгож байгаа мэт санагдах үед олон хүн үүнгүйгээр ядаж уламжлалт утгаараа илүү тухтай байх болно гэдэгт итгэдэг.

"" Бичсэн: Исаак Ньютон. Тэрээр цаг хугацааг зөвхөн математикийн аргаар л жинхэнэ утгаар нь ойлгож чадна гэдэгт итгэдэг байв. Түүний хувьд нэг хэмжээст үнэмлэхүй цаг хугацаа ба Орчлон ертөнцийн гурван хэмжээст геометр нь бие даасан, бие даасан объектив бодит байдлын салангид талууд байсан бөгөөд үнэмлэхүй цаг мөч бүрт Орчлон ертөнцийн бүх үйл явдлууд нэгэн зэрэг тохиолдож байв.

Эйнштейн харьцангуйн тусгай онолоороо нэгэн зэрэг цаг хугацааны тухай ойлголтыг устгасан. Түүний бодлоор нэгэн зэрэг байх нь үйл явдлуудын хоорондын үнэмлэхүй хамаарал биш юм: нэг лавлагааны хүрээнд нэгэн зэрэг байгаа зүйл нь нөгөөд нэгэн зэрэг байх албагүй.

Эйнштейний цаг хугацааны тухай ойлголтын жишээ бол сансрын туяанаас үүссэн мюон юм. Энэ нь тогтворгүй субатомын бөөмс бөгөөд дундаж наслалт нь 2,2 микросекунд юм. Энэ нь агаар мандлын дээд давхаргад үүсдэг бөгөөд задрахаасаа өмнө ердөө 660 метр (гэрлийн хурдаар 300 км/с) аялна гэж таамаглаж байгаа ч цаг хугацааны тэлэлтийн нөлөө нь сансрын мюонуудыг дэлхийн гадаргуу руу 000 гаруй километр туулах боломжийг олгодог. ба цааш нь. . Дэлхийтэй харьцуулахад мюонууд өндөр хурдтай байдаг тул урт насалдаг.

1907 онд Эйнштейний багш асан Херман Минковски орон зай, цаг хугацааг танилцуулсан. Сансар огторгуйн цаг хугацаа нь орчлон ертөнцөд бие биетэйгээ харьцуулахад бөөмс хөдөлж буй дүр зураг шиг ажилладаг. Гэсэн хэдий ч орон зайн цагийн энэ хувилбар бүрэн бус байсан (мөн үзнэ үү: ). 1916 онд Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онолыг нэвтрүүлэх хүртэл үүнд таталцлыг оруулаагүй болно. Орон зай-цаг хугацааны даавуу нь матери болон энергийн нөлөөгөөр тасралтгүй, гөлгөр, муруйж, гажигтай байдаг (2). Таталцал гэдэг нь биетүүдийн явах замыг тодорхойлдог асар том биетүүд болон бусад энергийн хэлбэрүүдээс үүдэлтэй орчлон ертөнцийн муруйлт юм. Энэ муруйлт нь динамик бөгөөд объектууд хөдлөхөд хөдөлдөг. Физикч Жон Уилерийн хэлснээр "Орон зай нь хэрхэн хөдлөхийг зааж өгснөөр массыг эзэлдэг, харин масс нь хэрхэн муруйлтыг зааж өгснөөр орон зайг эзэлдэг" гэж хэлсэн байдаг.

2. Эйнштейний орон зай-цаг хугацаа

Цаг хугацаа ба квант ертөнц

Харьцангуйн ерөнхий онол нь цаг хугацааны шилжилтийг тасралтгүй, харьцангуй гэж үздэг бөгөөд сонгосон зүсмэл дэх цаг хугацааны шилжилтийг бүх нийтийн, үнэмлэхүй гэж үздэг. 60-аад онд урьд нь таарахгүй байсан санаанууд, квант механик болон харьцангуйн ерөнхий онолуудыг нэгтгэх амжилттай оролдлого нь Уилер-ДеВиттийн тэгшитгэл гэж нэрлэгддэг онол руу чиглэсэн алхам болсон. квант таталцал. Энэ тэгшитгэл нь нэг асуудлыг шийдсэн боловч өөр нэг асуудлыг үүсгэсэн. Энэ тэгшитгэлд цаг хугацаа ямар ч үүрэг гүйцэтгэдэггүй. Энэ нь физикчдийн дунд асар их маргаан үүсгэсэн бөгөөд үүнийг цаг хугацааны асуудал гэж нэрлэдэг.

Карло Ровелли (3), орчин үеийн Италийн онолын физикч энэ талаар тодорхой үзэл бодолтой байдаг. " гэж тэр "Цагийн нууц" номондоо бичжээ.

3. Карло Ровелли ба түүний ном

Квант механикийн Копенгагены тайлбартай санал нийлдэг хүмүүс квант процессууд Шредингерийн тэгшитгэлд захирагддаг бөгөөд энэ нь цаг хугацааны хувьд тэгш хэмтэй бөгөөд функцийн долгионы уналтаас үүсдэг гэж үздэг. Энтропийн квант механик хувилбарт энтропи өөрчлөгдөхөд дулаан биш харин мэдээлэл урсдаг. Зарим квант физикчид цаг хугацааны сумны гарал үүслийг олсон гэж ярьдаг. Тэд "квантын орооцолдох" хэлбэрээр харилцан үйлчлэх үед энгийн бөөмсүүд хоорондоо холбогддог тул энерги сарниж, биетүүд тэгшилдэг гэж хэлдэг. Эйнштейн өөрийн хамтран ажиллагсад Подольский, Розен нартай хамт ийм зан үйл нь учир шалтгааны талаарх орон нутгийн реалист үзэлтэй зөрчилддөг тул боломжгүй зүйл гэж үзсэн. Бие биенээсээ алслагдсан бөөмсүүд хэрхэн нэг дор харилцан үйлчилж чадах вэ гэж тэд асуув.

1964 онд тэрээр Эйнштейний нуугдмал хэмжигдэхүүнүүдийн талаархи мэдэгдлийг үгүйсгэсэн туршилтын туршилтыг боловсруулсан. Иймээс мэдээлэл нь орооцолдсон бөөмсийн хооронд гэрлийн хурднаас илүү хурдан дамждаг гэж олон нийт үздэг. Бидний мэдэж байгаагаар цаг хугацаа байдаггүй орооцолдсон тоосонцор (4).

Иерусалим дахь Эли Мегидишээр ахлуулсан Еврей их сургуулийн хэсэг физикчид 2013 онд цаг хугацааны явцад зэрэгцэн оршдоггүй фотонуудыг орооцолдуулж чадсан тухай мэдээлсэн. Нэгдүгээрт, эхний шатанд тэд орооцолдсон хос 1-2 фотоныг бүтээсэн. Удалгүй тэд фотон 1-ийн туйлшралыг хэмжсэн (гэрлийн хэлбэлзлийн чиглэлийг тодорхойлдог шинж чанар) - ингэснээр түүнийг "алах" (II шат). Фотон 2-ыг аянд илгээж, шинэ орооцолдсон хос 3-4 үүссэн (III шат). Дараа нь 3-р фотоныг хөдөлж буй фотон 2-ын хамт хэмжсэн бөгөөд ингэснээр орооцолдох коэффициент нь хуучин хосуудаас (1-2 ба 3-4) шинэ хосолсон 2-3 (IV алхам) болж "өөрчлөгдсөн". Хэсэг хугацааны дараа (V үе шат) цорын ганц амьд үлдсэн фотон 4-ийн туйлшралыг хэмжиж, үр дүнг удаан нас барсан фотон 1-ийн туйлшралтай харьцуулна (1-р шатанд буцаж ирсэн). Үр дүн? Өгөгдөл нь 4 ба XNUMX-р фотонуудын хооронд "түр зуурын орон нутгийн бус" квант хамаарал байгааг илрүүлсэн. Энэ нь цаг хугацааны хувьд хэзээ ч хамт оршиж байгаагүй хоёр квант системд орооцолдох боломжтой гэсэн үг юм.

Мегидиш болон түүний хамтрагчид үр дүнгийн тайлбарын талаар таамаглахгүй байхын аргагүй юм. Магадгүй II алхам дахь фотон 1-ийн туйлшралыг хэмжих нь ямар нэгэн байдлаар 4-ийн ирээдүйн туйлшралыг чиглүүлдэг эсвэл V алхам дахь фотон 4-ийн туйлшралыг хэмжих нь фотон 1-ийн өмнөх туйлшралын төлөвийг ямар нэгэн байдлаар дахин бичдэг. Урагш болон хойшоо квант корреляци тархдаг. нэг фотон үхэх ба нөгөө фотоны төрөх хоорондох учир шалтгааны хоосон орон зайд.

Энэ нь макро масштабаар юу гэсэн үг вэ? Эрдэмтэд болзошгүй үр дагаврыг хэлэлцэж, оддын гэрлийг ажигласнаар 9 тэрбум жилийн өмнө фотонуудын туйлшралыг ямар нэгэн байдлаар зааж өгсөн байх магадлалтай тухай ярьж байна.

АНУ, Канадын хос физикч, Калифорнийн Чапманы Их Сургуулийн Мэттью С.Лейфер, Онтарио дахь Онолын Физикийн Периметрийн Хүрээлэнгийн Мэттью Ф.Пусей нар хэдэн жилийн өмнө Эйнштейний тухай баримтлахгүй бол анзаарсан. Бөөм дээр хийсэн хэмжилтийг өнгөрсөн болон ирээдүйд тусгах боломжтой бөгөөд энэ нь энэ нөхцөлд хамааралгүй болно. Эрдэмтэд зарим үндсэн таамаглалыг шинэчлэн томъёолсны дараа Беллийн теорем дээр үндэслэн орон зайг цаг хугацаа болгон хувиргадаг загварыг боловсруулсан. Цаг үргэлж урдаа байна гэж үзвэл бид яагаад зөрчилдөөн дээр бүдэрч байдгийг тэдний тооцоо харуулж байна.

Карл Ровеллигийн хэлснээр бидний цаг хугацааны талаарх бидний ойлголт нь дулааны энерги хэрхэн ажилладагтай салшгүй холбоотой. Бид яагаад ирээдүйг биш өнгөрсөнийг л мэддэг юм бэ? Эрдэмтний хэлснээр түлхүүр нь дулаан объектоос хүйтэн рүү чиглэсэн дулааны нэг чиглэлтэй урсгал. Халуун аягатай кофенд хаясан мөс нь кофег хөргөнө. Гэхдээ үйл явц нь эргэлт буцалтгүй юм. Хүн нэгэн төрлийн "термодинамик машин"-ын хувьд цаг хугацааны энэ сумыг дагаж, өөр чиглэлийг ойлгох чадваргүй байдаг. "Гэхдээ би микроскопийн төлөв байдлыг ажиглавал өнгөрсөн ба ирээдүйн ялгаа арилна... юмсын анхан шатны дүрэмд шалтгаан ба үр дагаврын ялгаа байхгүй" гэж Ровелли бичжээ.

Цаг хугацааг квант фракцаар хэмждэг

Эсвэл цаг хугацааг тоолж болох уу? Саяхан гарч ирж буй шинэ онолоор төсөөлж болох хамгийн бага хугацааны интервал нь секундын тэрбумын тэрбумын нэгээс хэтэрч болохгүй гэж үздэг. Онол нь дор хаяж цагны үндсэн өмч болох үзэл баримтлалыг дагаж мөрддөг. Онолчдын үзэж байгаагаар энэ үндэслэлийн үр дагавар нь "бүх зүйлийн онол"-ыг бий болгоход тусална.

Квант цаг гэдэг ойлголт шинэ зүйл биш. Квантын таталцлын загвар цаг хугацааг тоолж, тодорхой хачигтай байхыг санал болгож байна. Энэ тэмдэгтийн мөчлөг нь бүх нийтийн хамгийн бага нэгж бөгөөд ямар ч цаг хугацааны хэмжээ үүнээс бага байж болохгүй. Орчлон ертөнцийн суурь дээр түүний доторх бүх зүйлийн хамгийн бага хурдыг тодорхойлж, бусад бөөмсүүдэд масс өгөх талбар байгаа мэт байх болно. Энэхүү бүх нийтийн цагны тухайд "масс өгөхийн оронд цаг хугацаа өгөх болно" гэж цаг хугацааг тоолохыг санал болгож буй нэг физикч Мартин Божовальд тайлбарлав.

Ийм бүх нийтийн цагийг дуурайснаар тэрээр АНУ-ын Пенсильвани мужийн коллежийн хамт олонтойгоо хамт атомын чичиргээ ашиглан мэдэгдэж байгаа хамгийн үнэн зөв үр дүнг гаргах хиймэл атомын цагуудад өөрчлөлт оруулах болно гэдгийг харуулсан. цаг хугацааны хэмжилт. Энэ загварын дагуу атомын цаг (5) заримдаа бүх нийтийн цагтай синхрончлогддоггүй байв. Энэ нь нэг атомын цагийг хэмжих нарийвчлалыг хязгаарлаж, хоёр өөр атомын цаг нь өнгөрсөн хугацааны урттай тохирохгүй байж магадгүй гэсэн үг юм. Бидний хамгийн сайн атомын цагууд хоорондоо нийцэж, 10-19 секунд буюу секундын тэрбумын аравны нэгийг хэмжиж чаддаг тул үндсэн цагийн нэгж нь 10-33 секундээс илүү байж болохгүй. Эдгээр нь 2020 оны XNUMX-р сард Physical Review Letters сэтгүүлд гарсан энэ онолын талаархи нийтлэлийн дүгнэлт юм.

5. Сингапурын Үндэсний Их Сургуулийн лютетид суурилсан атомын цаг.

Ийм суурь цаг хугацааны нэгж байгаа эсэхийг шалгах нь бидний одоогийн технологийн боломжоос давсан боловч 5,4 × 10-44 секунд болох Планкийн цагийг хэмжихээс илүү хялбар юм шиг санагддаг.

Эрвээхэйний эффект ажиллахгүй байна!

Цаг хугацааг квант ертөнцөөс хасах эсвэл тоон үзүүлэлтээр тодорхойлох нь сонирхолтой үр дагаварт хүргэж болзошгүй ч үнэнийг хэлэхэд алдартай төсөөлөл нь өөр зүйл, тухайлбал цаг хугацаагаар аялах замаар явагддаг.

Жил орчмын өмнө Коннектикутын их сургуулийн физикийн профессор Рональд Маллетт CNN-д өгсөн ярилцлагадаа тэрээр шинжлэх ухааны тэгшитгэлийг үндэс болгон ашиглаж болохуйц бичжээ. бодит цагийн машин. Тэр ч байтугай онолын гол элементийг дүрслэн харуулах төхөөрөмж бүтээжээ. Энэ нь онолын хувьд боломжтой гэж тэр үзэж байна цагийг гогцоо болгон хувиргахЭнэ нь өнгөрсөн рүү цаг хугацаагаар аялах боломжийг олгоно. Тэр ч байтугай лазер нь энэ зорилгодоо хүрэхэд хэрхэн тусалж болохыг харуулсан загвар бүтээжээ. Маллеттийн хамт олон түүний цагийн машин хэзээ нэгэн цагт биелнэ гэдэгт итгэлгүй байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Маллетт хүртэл түүний санаа энэ үед бүхэлдээ онолынх гэдгийг хүлээн зөвшөөрдөг.

2019 оны сүүлээр New Scientist сэтгүүлд Канадын Периметрийн хүрээлэнгийн физикч Барак Шошани, Якоб Хаузер нар онолын хувьд хүн нэг газраас аялах боломжтой шийдлийг тодорхойлсон гэж мэдээлсэн. Мэдээний тойм хоёрдугаарт, өнгөрч байна нүхээр орон зай-цаг хугацаа эсвэл тэдний хэлснээр "математикийн хувьд боломжтой" хонгил. Энэхүү загвар нь бидний аялж болох өөр өөр зэрэгцээ орчлон ертөнцүүд байдаг гэж үздэг бөгөөд ноцтой дутагдалтай талтай - цаг хугацаагаар аялах нь аялагчдын өөрийн цагийн хуваарьт нөлөөлдөггүй. Ийм байдлаар та бусад үргэлжлэлд нөлөөлж болох ч бидний аялалыг эхлүүлсэн зүйл өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Тэгээд бид орон зай-цаг хугацааны үргэлжлэлд байгаа тул, дараа нь тусламжтайгаар квант компьютер Цаг хугацаагаар аялахыг дуурайхын тулд эрдэмтэд саяхан олон шинжлэх ухааны уран зөгнөлт кино, номонд гардаг шиг квант ертөнцөд "эрвээхэйний эффект" байдаггүйг нотолсон. Квантын түвшинд хийсэн туршилтуудад эвдэрсэн, бараг өөрчлөгдөөгүй мэт санагдаж, бодит байдал өөрөө өөрийгөө эдгээдэг. Энэ зун Psysical Review Letters сэтгүүлд энэ сэдвээр нийтлэл гарчээ. Лос Аламосын үндэсний лабораторийн онолын физикч Миколай Синицын, "Квантын компьютер дээр цаг хугацааны эсрэг хувьслыг дуурайлган дуурайлган хийх эсвэл өнгөрсөн үе рүү буцаан шилжүүлэх үйл явцыг дуурайхад ямар ч асуудал байхгүй" гэж тайлбарлав. судалгааны зохиогч. Ажил. “Хэрвээ бид цаг хугацааг ухрааж, бага зэрэг хохирол нэмж, буцах юм бол нарийн төвөгтэй квант ертөнцөд юу тохиолдохыг үнэхээр харж чадна. Бидний анхдагч ертөнц амьд үлдсэнийг бид олж мэдсэн бөгөөд энэ нь квант механикт эрвээхэйний эффект байхгүй гэсэн үг юм."

Энэ нь бидний хувьд том цохилт, гэхдээ бас бидний хувьд сайн мэдээ байж магадгүй юм. Орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдал нь бүрэн бүтэн байдлыг хадгалж, жижиг өөрчлөлтүүдийг устгахыг зөвшөөрдөггүй. Яагаад? Энэ бол сонирхолтой асуулт боловч цаг хугацаанаас арай өөр сэдэв юм.