Riddle of time

Dem her tim pirsgirêk bûye. Ya yekem, ji bo hişên herî birûmet jî dijwar bû ku fêm bikin ka dem bi rastî çi ye. Îro, dema ku ji me re xuya dike ku em vê yekê heya radeyekê fam dikin, pir kes bawer dikin ku bêyî wê, bi kêmanî di wateya kevneşopî de, ew ê rehettir be.

"" Ji hêla Isaac Newton ve hatî nivîsandin. Wî bawer dikir ku dem tenê bi matematîkî bi rastî dikare were fam kirin. Ji bo wî, dema mutleq a yekalî û geometriya sê-alî ya gerdûnê aliyên serbixwe û ji hev cihê yên rastiya objektîf bûn û di her kêliya dema mutleq de hemû bûyerên gerdûnê bi hev re diqewimin.

Einstein bi teoriya xwe ya taybet a nisbetê, têgeha dema hemwext ji holê rakir. Li gorî fikra wî, hevdemî ne têkiliyek mutleq a di navbera bûyeran de ye: tiştê ku di heman demê de di çarçoveyek referansê de ye, dê di çarçoveyek din de hemdem nebe.

Mînaka têgihîştina Einstein a ji demê re, mûona ji tîrêjên kozmîk e. Parçeyek jêratomî ya bêîstîqrar e ku temenê wê yê navînî 2,2 mîkrosaniye ye. Ew di atmosfera jorîn de çêdibe, û her çend em li bendê ne ku ew tenê 660 metre (bi leza ronahiyê 300 km/s) berî ku perçe bibe, bandorên dirêjbûna demê dihêle ku muonên kozmîk ji 000 kîlometreyan berbi rûyê erdê ve biçin. û bêtir. . Di çarçoveyek referansê de bi Erdê re, muon ji ber leza xwe ya zêde dirêjtir dijîn.

Di sala 1907 de, mamosteyê berê yê Einstein Hermann Minkowski cîh û dem wekî destnîşan kir. Spacetime wekî dîmenek ku tê de pirtikên li gerdûnê li gorî hev diherikin tevdigere. Lêbelê, ev guhertoya spacetime ne temam bû (jî binêre: ). Heya ku Einstein di sala 1916-an de nîsbetiya giştî destnîşan kir, gravity tê de nebû. Teşeya feza-demê berdewam e, nerm e, ji ber hebûna madde û enerjiyê gevizî û deformî ye (2). Gravity kêşa gerdûnê ye, ku ji ber laşên girs û celebên din ên enerjiyê ve çêdibe, ku riya ku nesne dikişîne diyar dike. Ev curvîtî dînamîk e, her ku nesne diherikin dimeşin. Wekî ku fîzîknas John Wheeler dibêje, "Fezadem dema girseyê digihîne girseyê ku çawa tevbigere, û girse jî dema ku bêje ka meriv çawa bizivirîne cîh digire."

2. Mekan-dema Einstein

Dem û cîhana kuantumê

Teoriya giştî ya nisbîbûnê derbasbûna demê berdewam û nisbî dihesibîne û di parça hilbijartî de derbasbûna demê gerdûnî û mutleq dihesibîne. Di salên 60-an de, hewldanek serketî ya ji bo berhevkirina ramanên berê, mekanîka quantum û nisbeten giştî bû sedema ku wekî hevkêşeya Wheeler-DeWitt tê zanîn, gavek ber bi teoriyekê ve. gravîteya kuantûmê. Vê hevkêşeyê pirsgirêkek çareser kir lê pirsgirêkek din çêkir. Dem di vê hevkêşeyê de ti rolek dilîze. Vê yekê di nav fîzîknasan de, ku jê re dibêjin pirsgirêka zeman, bûye sedema gengeşiyek mezin.

Carlo Rovelli (3), fîzîknasekî teorîk ê nûjen ê Îtalî di vê mijarê de xwedî nêrîneke teqez e. ", wî di pirtûka "Veşartina Demê" de nivîsandiye.

3. Carlo Rovelli û pirtûka wî

Kesên ku bi şîroveya Kopenhagê ya mekanîka kuantûmê re dipejirînin, bawer dikin ku pêvajoyên kuantûmî li gorî hevkêşeya Schrödinger, ku di demê de sîmetrîk e û ji hilweşîna pêla fonksiyonek derdikeve, pêk tê. Di guhertoya mekanîk a kuantûmê ya entropiyê de, dema ku entropî diguhere, ne germahî diherike, lê agahdarî ye. Hin fîzîknasên kuantûmê îdîa dikin ku eslê tîra demê dîtine. Ew dibêjin ku enerjî belav dibe û tişt li hev dikin ji ber ku pirçikên bingehîn bi hev ve girêdidin dema ku ew bi rengek "tevliheviya kuantûmê" tevdigerin. Einstein, ligel hevkarên xwe Podolsky û Rosen, tevgerek weha ne mumkun dihesiband ji ber ku ew berevajî nêrîna realîst a herêmî ya sedemîtiyê ye. Parçeyên ku ji hev dûr in çawa dikarin bi yekcarî bi hev re têkilî daynin, wan pirsî.

Di sala 1964-an de, wî ceribandinek ceribandinek çêkir ku îdîayên Einstein di derheqê guhêrbarên veşartî de red kir. Ji ber vê yekê, bi gelemperî tê bawer kirin ku agahdarî di navbera pirçikên tevlihev de, bi potansiyel ji ronahiyê zûtir zûtir rêwîtiyê dike. Bi qasî ku em dizanin, dem ji bo wê tune ye perçeyên tevlihev (4).

Komek fîzîknasan li Zanîngeha Îbranî bi serokatiya Elî Megîdîş li Orşelîmê di sala 2013an de ragihandibû ku wan bi ser ketine fotonên ku di wextê de bi hev re nebûn tevlihev bikin. Pêşîn, di gava yekem de, wan cotek fotonên tevlihev, 1-2, afirandin. Demek şûnda, wan polarîzasyona fotonê 1 (taybetmendiyek ku arastekirina ronahiyê tê de vedibêje) pîvan - bi vî rengî wê "kuştin" (qonaxa II). Foton 2 ji bo rêwîtiyek hate şandin, û cotek nû ya tevlihevkirî 3-4 hate damezrandin (gaveka III). Dûv re foton 3 bi fotonê gerok 2 re bi vî rengî hate pîvandin ku hevsengiya tevlihevbûnê ji cotên kevn (1-2 û 3-4) "guherî" berbi 2-3-ya nû ya hevgirtî (gaveka IV). Demek şûnda (qonaxa V) polarîteya foton 4-ê ya ku tenê maye tê pîvandin û encam bi polarîzasyona fotona 1-ê ya dirêj-mirî re (vegera qonaxa II) têne berhev kirin. Netîce? Daneyan hebûna têkiliyên quantumî yên di navbera fotonên 1 û 4 de, "bi demkî ne herêmî" eşkere kir. Ev tê wê wateyê ku tevlihevbûn dikare di du pergalên kuantûmê de ku di wextê de qet bi hev re nebûn pêk were.

Megiddish û hevkarên wî nikarin li ser şîroveyên gengaz ên encamên xwe texmîn bikin. Dibe ku pîvana polarîzasyona fotonê 1 di gava II de bi rengekî polarîzasyona pêşerojê ya 4-ê rêve dike, an jî pîvana polarîzasyona fotonê 4 di gava V de bi rengekî rewşa polarîzasyona berê ya fotonê 1 dinivîse. Hem li pêş û hem jî paşverû, têkiliyên kuantûmê belav dibin. ji bo valahiya sedemî ya di navbera mirina fotonek û jidayikbûna fotonek din de.

Wateya vê li ser pîvanek makro çi ye? Zanyar, li ser encamên muhtemel nîqaş dikin, li ser îhtîmala ku çavdêriyên me yên ronahiya stêrkan bi rengekî polarîzasyona fotonan 9 mîlyar sal berê ferman kiriye.

Cotek fîzîknasên Amerîkî û Kanadî, Matthew S. Leifer ji Zanîngeha Chapman li California û Matthew F. Pusey ji Enstîtuya Perimeter ji bo Fîzîkên Teorîkî li Ontario, çend sal berê bala xwe dan ku ger em li ser vê rastiyê nemînin ku Einstein. Pîvandinên ku li ser perçek têne çêkirin dikarin di paşeroj û pêşerojê de bêne xuyang kirin, ku di vê rewşê de ne girîng dibe. Piştî nûavakirina hin texmînên bingehîn, zanyar modelek li ser bingeha teorema Bell pêş xistin ku tê de cîh vediguhere zeman. Hesabên wan nîşan didin ku çima, bihesibînin ku dem her dem li pêş e, em li ser nakokî dikevin.

Li gorî Carl Rovelli, têgihîştina me ya mirovî ya li ser demê, bi awayê ku enerjiya termal tevdigere ve girêdayî ye. Çima em tenê paşerojê dizanin û paşerojê nizanin? Ya sereke, li gorî zanyar, herikîna germê ya yekalî ji tiştên germ berbi yên sartir. Kuba qeşayê ya ku tê avêtin nav qehweya germ, qehwê sar dike. Lê pêvajo nayê vegerandin. Mirov wek cureyekî “makîna termodinamîk” vê tîra demê dişopîne û nikare rêgezeke din fam bike. "Lê heke ez li rewşek mîkroskopî binêrim," Rovelli dinivîse, "ferqa di navbera paşeroj û pêşerojê de ji holê radibe… di rêzimana bingehîn a tiştan de ferqek di navbera sedem û encamê de tune."

Dem bi perçeyên kuantûmê tê pîvan

An jî dibe ku dem were quantîzekirin? Teoriyeke nû ya ku vê dawiyê derketiye pêşnîyar dike ku navbera demê ya herî piçûk a ku tê texmîn kirin nikare ji mîlyonek mîlyaremîn yek saniyeyê derbas bibe. Teorî têgehek ku bi kêmanî taybetmendiya bingehîn a saetekê ye dişopîne. Li gorî teorîsyenan, encamên vê ramanê dikare bibe alîkar ku "teoriya her tiştî" were afirandin.

Têgîna dema kuantûmê ne nû ye. Modela gravîteya kuantûmê pêşniyar dike ku dem were quantîzekirin û rêjeyek diyarkirî hebe. Ev çerxa tikandinê yekîneya herî kêm a gerdûnî ye, û ti pîvana demê nikare ji vê kêmtir be. Mîna ku di bingeha gerdûnê de qadek hebe ku leza herî kêm a tevgera her tiştê tê de diyar dike, girseyê dide perçeyên din. Di rewşa vê saeta gerdûnî de, "li şûna ku girseyê bide, ew ê dem bide," fîzîknasek ku pêşniyara quantîzekirina demê dike, Martin Bojowald rave dike.

Bi simulkirina demjimêrek gerdûnî ya weha, wî û hevkarên wî li Koleja Dewletê ya Pennsylvania li Dewletên Yekbûyî destnîşan kirin ku ew ê cûdahiyek di demjimêrên atomî yên çêkirî de çêbike, ku lerizînên atomê bikar tînin da ku encamên herî rast ên ku têne zanîn derxînin. pîvandinên demê. Li gorî vê modelê, demjimêra atomê (5) carinan bi demjimêra gerdûnî re hevdem nebû. Ev ê rastbûna pîvandina demê bi demjimêrek atomî ve sînordar bike, tê vê wateyê ku dibe ku du demjimêrên atomî yên cihêreng bi dirêjahiya heyama derbasbûyî re hevûdu nebin. Ji ber ku demjimêrên me yên atomî yên herî baş bi hevûdu re hevaheng in û dikarin tikandinê bi 10-19 saniyeyan, an ji dehyek mîlyaremîn mîlyaryek saniyeyê bipîvin, yekeya bingehîn a demê nikare ji 10-33 çirkeyan zêdetir be. Vana encamên gotarek li ser vê teoriyê ne ku di Hezîrana 2020-an de di kovara Physical Review Letters de derketiye.

5. Li Zanîngeha Netewî ya Sîngapurê saeta atomê ya li ser bingeha Lutetium.

Testkirina ku yekîneyek bingehîn a demê heye ji kapasîteyên me yên teknolojîk ên heyî wêdetir e, lê dîsa jî ji pîvandina dema Planck, ku 5,4 × 10-44 çirk e, hêsantir xuya dike.

Bandora bilbilê naxebite!

Rakirina demê ji cîhana kuantumê an quantîzekirina wê dikare encamên balkêş hebe, lê em rastdar bin, xeyala populer ji hêla tiştek din ve tê rêve kirin, ango rêwîtiya demê.

Nêzîkî salek berê, profesorê fîzîkê ya Zanîngeha Connecticut Ronald Mallett ji CNN re got ku wî hevokek zanistî nivîsandiye ku dikare wekî bingehek ji bo makîneya dema rast. Wî tewra amûrek çêkir da ku hêmanek bingehîn a teoriyê ronî bike. Ew bawer dike ku ew ji hêla teorîkî ve gengaz e dem vediguhere lûleyekêku dê rê bide rêwîtiya demê berbi paşerojê ve. Wî tewra prototîpek çêkir ku nîşan dide ka laser çawa dikare alîkariya bidestxistina vê armancê bike. Divê were zanîn ku hevkarên Mallett ne di wê baweriyê de ne ku makîneya wî ya wextê dê carî pêk were. Tewra Mallett qebûl dike ku ramana wî di vê xalê de bi tevahî teorîkî ye.

Di dawiya sala 2019-an de, New Scientist ragihand ku fîzîknas Barak Shoshani û Jacob Hauser ji Enstîtuya Perimeter li Kanada çareseriyek diyar kirin ku tê de mirov dikare bi teorîkî ji yek rêwîtiyê bike. nûçeya nûçe ber bi ya diduyan, derbas dibe di nav qulikê de mekan-dem an jî tunelek, wek ku ew dibêjin, "mathematically gengaz". Ev model dihesibîne ku gerdûnên paralel ên cihêreng hene ku em dikarin tê de bigerin, û kêmasiyek cidî heye - rêwîtiya dem bandorê li ser dema xwe ya rêwiyan nake. Bi vî rengî, hûn dikarin bandorê li ser berdewamiyên din bikin, lê ya ku me jê dest bi rêwîtiyê kir, nayê guhertin.

Û ji ber ku em di berdewamiya feza-dem de ne, wê demê bi alîkariya komputera kuantumê Ji bo simulasyona rêwîtiya demê, zanyaran vê dawiyê îspat kirin ku di qada kuantumê de "bandora bilbilê" tune, wekî ku di gelek fîlm û pirtûkan de tê dîtin. Di ceribandinên di asta kuantumê de, zirar dîtiye, hema hema neguherî ye, mîna ku rastî xwe sax dike. Kaxezek li ser mijarê vê havînê di Psyical Review Letters de derket. Mikolay Sinitsyn, fîzîknasê teorîk li Laboratoriya Netewî ya Los Alamos û hevserok, rave kir: "Li ser kompîturek kuantûmê, ne ji bo simulkirina pêşkeftina berevajî di dema xwe de, hem jî bi simulkirina pêvajoya vegerandina pêvajoyê ber bi paşerojê ve ti pirsgirêk tune ne." nivîskarê lêkolînê. Kar. "Em bi rastî dikarin bibînin ka çi diqewime li cîhana kuantumê ya tevlihev heke em li zeman vegerin, zirarê zêde bikin û vegerin. Em dibînin ku cîhana meya seretayî sax maye, ev tê vê wateyê ku di mekanîka kuantûmê de bandora perperokê tune."

Ev ji bo me derbeyek mezin e, lê ji bo me jî nûçeyek baş e. Berdewamiya feza-dem yekitiyê diparêze, nahêle ku guhertinên piçûk wê hilweşînin. Çima? Ev pirsek balkêş e, lê mijarek ji wextê xwe hinekî cûdatir e.