لغز الزمن
لطالما كان الوقت مشكلة. أولاً ، كان من الصعب حتى على العقول الأكثر ذكاءً أن تفهم ما هو الوقت حقًا. اليوم ، عندما يبدو لنا أننا نفهم هذا إلى حد ما ، يعتقد الكثيرون أنه بدونه ، على الأقل بالمعنى التقليدي ، سيكون أكثر راحة.
"" بقلم إسحاق نيوتن. كان يعتقد أن الوقت لا يمكن فهمه إلا بطريقة رياضية. بالنسبة له ، كان الوقت المطلق أحادي البعد والهندسة ثلاثية الأبعاد للكون جوانب مستقلة ومنفصلة للواقع الموضوعي ، وفي كل لحظة من الوقت المطلق ، حدثت جميع الأحداث في الكون في وقت واحد.
من خلال نظريته النسبية الخاصة ، أزال أينشتاين مفهوم الوقت المتزامن. وفقًا لفكرته ، فإن التزامن ليس علاقة مطلقة بين الأحداث: فما هو في نفس الوقت في إطار مرجعي واحد لن يكون بالضرورة في نفس الوقت في إطار آخر.
مثال على فهم أينشتاين للوقت هو الميون من الأشعة الكونية. إنه جسيم دون ذري غير مستقر بمتوسط عمر يبلغ 2,2 ميكروثانية. يتشكل في الغلاف الجوي العلوي ، وعلى الرغم من أننا نتوقع أن يسافر 660 مترًا فقط (بسرعة الضوء 300 كم / ثانية) قبل أن يتفكك ، فإن تأثيرات تمدد الوقت تسمح للميونات الكونية بالسفر لمسافة تزيد عن 000 كيلومتر إلى سطح الأرض. و كذلك. . في إطار مرجعي مع الأرض ، تعيش الميونات لفترة أطول بسبب سرعتها العالية.
في عام 1907 ، قدم مدرس أينشتاين السابق هيرمان مينكوفسكي المكان والزمان على أنهما. يتصرف الزمكان كمشهد تتحرك فيه الجسيمات في الكون بالنسبة لبعضها البعض. ومع ذلك ، كان هذا الإصدار من الزمكان غير مكتمل (أنظر أيضا: ). لم تتضمن الجاذبية حتى قدم أينشتاين النسبية العامة في عام 1916. نسيج الزمكان مستمر وسلس ومشوه ومشوه بوجود المادة والطاقة (2). الجاذبية هي انحناء الكون ، الناجم عن الأجسام الضخمة وأشكال الطاقة الأخرى ، التي تحدد المسار الذي تسلكه الأشياء. هذا الانحناء ديناميكي ويتحرك مع تحرك الأشياء. كما يقول الفيزيائي جون ويلر ، "يستحوذ الزمكان على الكتلة بإخبارها كيف تتحرك ، وتتحكم الكتلة في الزمكان بإخباره كيف ينحني".
2. الزمكان لأينشتاين
الوقت وعالم الكم
تعتبر النظرية العامة للنسبية مرور الوقت أمرًا مستمرًا ونسبيًا ، وتعتبر أن مرور الوقت عام ومطلق في الشريحة المختارة. في الستينيات ، أدت محاولة ناجحة للجمع بين الأفكار غير المتوافقة سابقًا وميكانيكا الكم والنسبية العامة إلى ما يُعرف باسم معادلة ويلر-ديويت ، وهي خطوة نحو النظرية الجاذبية الكمية. هذه المعادلة حلت مشكلة ولكنها خلقت أخرى. لا يلعب الوقت أي دور في هذه المعادلة. وقد أدى ذلك إلى جدل كبير بين علماء الفيزياء ، أطلقوا عليه اسم مشكلة الوقت.
كارلو روفيلي (3) ، للفيزيائي النظري الإيطالي الحديث رأي محدد في هذه المسألة. كتب في كتاب "سر الزمن".
3. كارلو روفيلي وكتابه
يعتقد أولئك الذين يتفقون مع تفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم أن العمليات الكمومية تخضع لمعادلة شرودنجر ، المتماثلة في الزمن والتي تنشأ من انهيار موجة دالة. في النسخة الميكانيكية الكمومية للإنتروبيا ، عندما تتغير الإنتروبيا ، لا تتدفق الحرارة ، بل المعلومات. يدعي بعض علماء فيزياء الكم أنهم وجدوا أصل سهم الزمن. يقولون أن الطاقة تتبدد والأجسام تتماشى لأن الجسيمات الأولية ترتبط ببعضها البعض عندما تتفاعل في شكل من أشكال "التشابك الكمي". وجد أينشتاين ، جنبًا إلى جنب مع زملائه بودولسكي وروزين ، أن هذا السلوك مستحيل لأنه يتعارض مع وجهة النظر الواقعية المحلية للسببية. سألوا كيف يمكن للجسيمات الموجودة بعيدًا عن بعضها أن تتفاعل مع بعضها البعض في وقت واحد.
في عام 1964 ، طور اختبارًا تجريبيًا دحض ادعاءات أينشتاين حول ما يسمى بالمتغيرات الخفية. ومن ثم ، يُعتقد على نطاق واسع أن المعلومات تنتقل بين الجسيمات المتشابكة ، وربما أسرع من انتقال الضوء. على حد علمنا ، لا وجود للوقت الجسيمات المتشابكة (4).
أفادت مجموعة من الفيزيائيين في الجامعة العبرية بقيادة إيلي مجيدش في القدس في عام 2013 أنهم نجحوا في تشابك فوتونات لم تتعايش في الوقت المناسب. أولاً ، في الخطوة الأولى ، قاموا بإنشاء زوج متشابك من الفوتونات ، 1-2. بعد ذلك بوقت قصير ، قاموا بقياس استقطاب الفوتون 1 (خاصية تصف الاتجاه الذي يتأرجح فيه الضوء) - وبالتالي "قتلهم" (المرحلة الثانية). تم إرسال الفوتون 2 في رحلة ، وتم تشكيل زوج جديد متشابك 3-4 (الخطوة الثالثة). ثم تم قياس الفوتون 3 جنبًا إلى جنب مع الفوتون المتنقل 2 بطريقة "تغير" معامل التشابك من الأزواج القديمة (1-2 و 3-4) إلى المجموعة الجديدة 2-3 (الخطوة الرابعة). بعد مرور بعض الوقت (المرحلة الخامسة) يتم قياس قطبية الفوتون الوحيد الباقي 4 ومقارنة النتائج باستقطاب الفوتون 1 الميت طويلاً (مرة أخرى في المرحلة الثانية). نتيجة؟ كشفت البيانات عن وجود ارتباطات كمومية بين الفوتونين 1 و 4 ، "غير محلي مؤقتًا". هذا يعني أن التشابك يمكن أن يحدث في نظامين كميين لم يتعايشا أبدًا في الوقت المناسب.
مجيدش وزملاؤه لا يسعهم سوى التكهن حول التفسيرات المحتملة لنتائجهم. ربما يوجه قياس استقطاب الفوتون 1 في الخطوة الثانية بطريقة ما الاستقطاب المستقبلي لـ 4 ، أو أن قياس استقطاب الفوتون 4 في الخطوة الخامسة يحل بطريقة ما محل حالة الاستقطاب السابقة للفوتون 1. في كلا الاتجاهين الأمامي والخلفي ، تنتشر الارتباطات في الفراغ السببي بين موت فوتون وولادة آخر.
ماذا يعني هذا على نطاق واسع؟ يناقش العلماء الآثار المحتملة ، ويتحدثون عن احتمال أن تكون ملاحظاتنا لضوء النجوم قد فرضت بطريقة ما استقطاب الفوتونات قبل 9 مليارات سنة.
لاحظ اثنان من علماء الفيزياء الأمريكية والكندية ، ماثيو إس. يمكن أن تنعكس القياسات التي يتم إجراؤها على الجسيم في الماضي والمستقبل ، والتي تصبح غير ذات صلة في هذا الموقف. إعادة صياغة بعض الافتراضات الأساسية ، طور العلماء نموذجًا يعتمد على نظرية بيل ، حيث يتحول الفضاء إلى وقت. تظهر حساباتهم لماذا ، بافتراض أن الوقت أمامنا دائمًا ، نتعثر في التناقضات.
وفقًا لكارل روفيلي ، فإن إدراكنا البشري للوقت مرتبط ارتباطًا وثيقًا بكيفية تصرف الطاقة الحرارية. لماذا نعرف الماضي فقط وليس المستقبل؟ المفتاح ، حسب العالم ، تدفق أحادي الاتجاه للحرارة من الأجسام الأكثر دفئًا إلى الأجسام الباردة. يُلقى مكعب ثلج في فنجان قهوة ساخن لتبريد القهوة. لكن العملية لا رجوع فيها. الإنسان ، كنوع من "الآلة الديناميكية الحرارية" ، يتبع سهم الزمن هذا ولا يستطيع فهم اتجاه آخر. كتب روفيلي: "لكن إذا لاحظت حالة مجهرية ، فإن الاختلاف بين الماضي والمستقبل يختفي ... في القواعد النحوية الأولية للأشياء لا يوجد تمييز بين السبب والنتيجة."
الوقت يقاس في الكسور الكمومية
أو ربما يمكن قياس الوقت؟ تشير نظرية جديدة حديثة الظهور إلى أن أصغر فترة زمنية يمكن تصورها لا يمكن أن تتجاوز واحدًا من المليون من المليار من المليار من الثانية. تتبع النظرية مفهومًا يمثل على الأقل الخاصية الأساسية للساعة. وفقًا للمنظرين ، يمكن أن تساعد نتائج هذا التفكير في إنشاء "نظرية كل شيء".
إن مفهوم الوقت الكمي ليس جديدًا. نموذج الجاذبية الكمومية يقترح أن يتم تحديد الوقت وأن يكون له معدل معين. هذه الدورة هي الحد الأدنى للوحدة العالمية ولا يمكن أن يكون أي بعد زمني أقل من هذا. سيكون الأمر كما لو كان هناك مجال في أساس الكون يحدد الحد الأدنى لسرعة الحركة لكل شيء فيه ، مما يعطي الكتلة للجسيمات الأخرى. في حالة هذه الساعة الكونية ، "بدلاً من إعطاء كتلة ، فإنها ستمنح الوقت" ، كما يشرح أحد الفيزيائيين الذي يقترح قياس الوقت ، وهو مارتن بوجوالد.
من خلال نمذجة مثل هذه الساعة العالمية ، أظهر هو وزملاؤه في كلية ولاية بنسلفانيا في الولايات المتحدة أنها ستحدث فرقًا في الساعات الذرية الاصطناعية ، التي تستخدم الاهتزازات الذرية لإنتاج أكثر النتائج دقة معروفة. قياسات الوقت. وفقًا لهذا النموذج ، لا تتزامن الساعة الذرية (5) أحيانًا مع الساعة العالمية. سيحد هذا من دقة قياس الوقت بساعة ذرية واحدة ، مما يعني أن ساعتين ذريتين مختلفتين قد ينتهي بهما الأمر إلى عدم مطابقة طول الفترة المنقضية. بالنظر إلى أن أفضل ساعاتنا الذرية متسقة مع بعضها البعض ويمكن أن تقيس القراد حتى 10-19 ثانية ، أو عُشر جزء من المليار من المليار من الثانية ، لا يمكن أن تكون الوحدة الأساسية للوقت أكثر من 10-33 ثانية. هذه هي استنتاجات مقال حول هذه النظرية ظهر في يونيو 2020 في مجلة Physical Review Letters.
5. الساعة الذرية القائمة على اللوتيتيوم في جامعة سنغافورة الوطنية.
إن اختبار ما إذا كانت وحدة أساسية من الوقت موجودة يتجاوز قدراتنا التكنولوجية الحالية ، ولكن لا يزال يبدو أكثر سهولة من قياس وقت بلانك ، وهو 5,4 × 10-44 ثانية.
تأثير الفراشة لا يعمل!
يمكن أن يكون لإزالة الوقت من العالم الكمي أو قياسه عواقب مثيرة للاهتمام ، ولكن لنكن صادقين ، فالخيال الشعبي مدفوع بشيء آخر ، ألا وهو السفر عبر الزمن.
منذ حوالي عام ، أخبر رونالد ماليت ، أستاذ الفيزياء بجامعة كونيتيكت ، شبكة CNN أنه كتب معادلة علمية يمكن استخدامها كأساس لـ آلة الوقت الحقيقي. حتى أنه بنى جهازًا لتوضيح عنصر أساسي في النظرية. إنه يعتقد أنه ممكن من الناحية النظرية تحول الوقت إلى حلقةمما يسمح بالسفر عبر الزمن إلى الماضي. حتى أنه صمم نموذجًا أوليًا يوضح كيف يمكن أن تساعد الليزر في تحقيق هذا الهدف. وتجدر الإشارة إلى أن زملاء ماليت غير مقتنعين بأن آلة الزمن الخاصة به سوف تتحقق على الإطلاق. حتى ماليت يعترف بأن فكرته نظرية بالكامل في هذه المرحلة.
في أواخر عام 2019 ، ذكرت مجلة نيو ساينتست أن الفيزيائيين باراك شوشاني وجاكوب هاوزر من معهد بيريميتر في كندا وصفوا حلاً يمكن فيه لأي شخص أن يسافر نظريًا من واحدة. تغذية الأخبار إلى الثانية ، عابرة من خلال ثقب في الزمكان أو نفقًا ، كما يقولون ، "ممكن رياضيًا". يفترض هذا النموذج أن هناك أكوانًا موازية مختلفة يمكننا السفر فيها ، وله عيب خطير - السفر عبر الزمن لا يؤثر على الجدول الزمني للمسافرين. بهذه الطريقة ، يمكنك التأثير على سلاسل متصلة أخرى ، لكن تلك التي بدأنا منها الرحلة لم تتغير.
وبما أننا في الفضاء والزمان المستمر ، إذن بمساعدة الكمبيوتر الكمومي لمحاكاة السفر عبر الزمن ، أثبت العلماء مؤخرًا أنه لا يوجد "تأثير الفراشة" في عالم الكم ، كما يظهر في العديد من أفلام وكتب الخيال العلمي. في التجارب على المستوى الكمي ، تضررت ، ويبدو أنها لم تتغير تقريبًا ، كما لو أن الواقع يشفي نفسه. ظهرت ورقة بحثية حول هذا الموضوع هذا الصيف في رسائل المراجعة النفسية. أوضح ميكولاي سينيتسين ، عالم الفيزياء النظرية في مختبر لوس ألاموس الوطني وزملاؤه: "على الكمبيوتر الكمومي ، لا توجد مشاكل في محاكاة التطور المعاكس في الوقت المناسب ، أو في محاكاة عملية إعادة العملية إلى الماضي". مؤلف الدراسة. عمل. "يمكننا حقًا أن نرى ما يحدث للعالم الكمي المعقد إذا رجعنا بالزمن إلى الوراء وإضافة بعض الضرر والعودة إلى الوراء. نجد أن عالمنا البدائي قد نجا ، مما يعني أنه لا يوجد تأثير فراشة في ميكانيكا الكم ".
هذه ضربة كبيرة لنا ، لكنها أيضًا أخبار جيدة لنا. تحافظ استمرارية الزمكان على التكامل ، ولا تسمح للتغييرات الصغيرة بتدميرها. لماذا؟ هذا سؤال مثير للاهتمام ، لكنه موضوع مختلف قليلاً عن الوقت نفسه.
