時間之謎

時間一直是個問題。 首先，即使是最聰明的人也很難理解時間到底是什麼。 今天，當我們似乎在某種程度上理解了這一點時，許多人相信，沒有它，至少在傳統意義上，會更舒服。

”艾薩克·牛頓寫的。 他相信時間只能用數學來真正理解。 對他來說，一維絕對時間和宇宙的三維幾何是客觀現實的獨立且獨立的方面，並且在絕對時間的每個時刻，宇宙中的所有事件同時發生。

愛因斯坦用他的狹義相對論消除了同時時間的概念。 根據他的觀點，同時性並不是事件之間的絕對關係：在一個參照系中同時發生的事情不一定在另一個參照系中同時發生。

愛因斯坦對時間的理解的一個例子是宇宙射線中的μ子。 它是一種不穩定的亞原子粒子，平均壽命為 2,2 微秒。 它在高層大氣中形成，儘管我們預計它在解體前僅傳播 660 米（光速 300 公里/秒），但時間膨脹效應使宇宙 μ 子能夠傳播超過 000 公里到達地球表面。 並進一步。 。 在地球的參考系中，μ子由於速度快而壽命更長。

1907年，愛因斯坦的前老師赫爾曼·閔可夫斯基引入了空間和時間。 時空就像一個場景，其中粒子在宇宙中相對運動。 然而，這個版本的時空是不完整的（也可以看看： ）。 直到 1916 年愛因斯坦引入廣義相對論之前，它還不包括引力。 時空結構是連續的、光滑的、由於物質和能量的存在而扭曲和變形的 (2)。 引力是宇宙的曲率，由大質量物體和其他形式的能量引起，決定了物體所走的路徑。 這種曲率是動態的，隨著物體的移動而移動。 正如物理學家約翰·惠勒所說，“時空通過告訴它如何移動來接管質量，質量通過告訴它如何彎曲來接管時空。”

2.愛因斯坦的時空

時間和量子世界

廣義相對論認為時間的流逝是連續的、相對的，而在選定的切片中則認為時間的流逝是普遍的、絕對的。 60 世紀 XNUMX 年代，將以前不相容的思想、量子力學和廣義相對論結合起來的成功嘗試產生了惠勒-德威特方程，這是邁向該理論的一步 量子引力。 這個方程解決了一個問題，但又產生了另一個問題。 時間在這個等式中不起作用。 這引起了物理學家之間的巨大爭議，他們稱之為時間問題。

卡羅·羅韋利 (3)、一位現代意大利理論物理學家對這個問題有明確的看法。 他在《時間的秘密》一書中寫道。

3. 卡羅·羅維利和他的書

那些同意哥本哈根量子力學解釋的人認為，量子過程遵循薛定諤方程，該方程在時間上對稱，並且由函數的波塌縮產生。 在熵的量子力學版本中，當熵發生變化時，流動的不是熱量，而是信息。 一些量子物理學家聲稱已經找到了時間之箭的起源。 他們說，能量消散和物體排列是因為基本粒子在以“量子糾纏”的形式相互作用時結合在一起。 愛因斯坦以及他的同事波多爾斯基和羅森發現這種行為是不可能的，因為它與當地現實主義的因果關係觀相矛盾。 他們問道，彼此相距較遠的粒子如何能夠同時相互作用。

1964 年，他開發了一項實驗測試，反駁了愛因斯坦關於所謂隱藏變量的主張。 因此，人們普遍認為信息確實在糾纏粒子之間傳播，速度可能比光傳播的速度還要快。 據我們所知，時間並不存在 糾纏粒子 （4）。

耶路撒冷希伯來大學的一群物理學家在 2013 年報告說，他們已經成功地使未及時共存的光子糾纏在一起。 首先，在第一步中，他們創建了一對糾纏的光子 1-2。 此後不久，他們測量了光子 1 的偏振（描述光振盪方向的屬性），從而“殺死”它（第二階段）。 光子 2 被送上旅程，並形成了新的糾纏對 3-4（步驟 III）。 然後，光子 3 與行進的光子 2 一起被測量，使得糾纏係數從舊的對（1-2 和 3-4）“改變”為新的組合 2-3（步驟 IV）。 一段時間後（階段 V），測量唯一倖存光子 4 的極性，並將結果與早已死亡的光子 1（回到階段 II）的偏振進行比較。 結果？ 數據揭示了光子 1 和 4 之間存在“時間非局域”的量子相關性。 這意味著糾纏可能發生在兩個從未及時共存的量子系統中。

梅吉迪什和他的同事忍不住猜測他們的結果的可能解釋。 也許步驟 II 中對光子 1 的偏振的測量以某種方式指導了未來 4 的偏振，或者步驟 V 中對光子 4 的偏振的測量以某種方式覆蓋了光子 1 先前的偏振狀態。在向前和向後方向上，量子相關性延伸到一個光子的死亡和另一個光子的誕生之間的因果空白。

這在宏觀層面意味著什麼？ 科學家們在討論可能的影響時，談到了我們對星光的觀察是否以某種方式決定了 9 億年前光子的偏振。

一對美國和加拿大物理學家，加利福尼亞州查普曼大學的馬修·S·萊弗 (Matthew S. Leifer) 和安大略省周邊理論物理研究所的馬修·F·普西 (Matthew F. Pusey) 幾年前註意到，如果我們不堅持愛因斯坦這一事實。 對粒子進行的測量可以反映過去和未來，這在這種情況下變得無關緊要。 在重新制定一些基本假設後，科學家們根據貝爾定理開發了一個模型，其中空間轉化為時間。 他們的計算表明了為什麼假設時間永遠在前方，我們就會在矛盾中陷入困境。

根據卡爾·羅維利的說法，我們人類對時間的感知與熱能的表現有著千絲萬縷的聯繫。 為什麼我們只知道過去而不知道未來？ 據科學家稱，關鍵是 熱量從較熱的物體單向流動到較冷的物體。 將冰塊放入熱咖啡中可以使咖啡冷卻。 但這個過程是不可逆轉的。 人作為一種“熱力機器”，遵循著這個時間箭頭，無法理解另一個方向。 “但是，如果我觀察微觀狀態，”羅維利寫道，“過去和未來之間的差異就會消失……在事物的基本語法中，因果關係是沒有區別的。”

以量子分數測量的時間

或者說時間可以被量子化？ 最近出現的一項新理論表明，可想像的最小時間間隔不能超過百萬分之一秒。 該理論遵循的概念至少是手錶的基本屬性。 理論家認為，這種推理的結果有助於創建“萬物理論”。

量子時間的概念並不新鮮。 量子引力模型 提出將時間量化並具有一定的滴答率。 這個滴答週期是通用的最小單位，任何時間維度都不能小於這個單位。 就好像宇宙的基礎上有一個場，它決定了其中所有物體的最小運動速度，並為其他粒子提供了質量。 就這個通用時鐘而言，“它不會給出質量，而是給出時間”，一位提議量化時間的物理學家馬丁·博霍瓦爾德解釋道。

通過對這樣一個通用時鐘進行建模，他和美國賓夕法尼亞州立大學的同事表明，這將對人造原子鐘產生影響，人造原子鐘利用原子振動產生已知的最準確的結果。 時間測量。 根據這個模型，原子鐘（5）有時與通用時鐘不同步。 這將限制單個原子鐘的時間測量精度，這意味著兩個不同的原子鐘最終可能會與經過的時間長度不匹配。 鑑於我們最好的原子鐘彼此一致，並且可以測量小至 10-19 秒或十億分之一秒的十分之一，所以基本時間單位不能超過 10-33 秒。 這些是 2020 年 XNUMX 月發表在《物理評論快報》雜誌上的一篇關於該理論的文章的結論。

5.新加坡國立大學的镥原子鐘。

測試這樣一個基本時間單位是否存在超出了我們當前的技術能力，但似乎仍然比測量普朗克時間（5,4 × 10-44 秒）更容易。

蝴蝶效應不起作用！

從量子世界中移除時間或對其進行量子化可能會產生有趣的後果，但說實話，大眾的想像力是由其他東西驅動的，即時間旅行。

大約一年前，康涅狄格大學物理學教授羅納德·馬利特告訴美國有線電視新聞網，他寫了一個科學方程，可以作為 實時機器。 他甚至建造了一個設備來說明該理論的關鍵要素。 他認為理論上是可能的 將時間變成一個循環這將允許時間旅行到過去。 他甚至製作了一個原型，展示激光如何幫助實現這一目標。 應該指出的是，馬利特的同事並不相信他的時間機器會實現。 就連馬利特也承認，他的想法目前完全是理論上的。

2019 年末，《新科學家》報導稱，加拿大周邊研究所的物理學家巴拉克·肖沙尼 (Barak Shoshani) 和雅各布·豪瑟 (Jacob Hauser) 描述了一種解決方案，理論上，一個人可以從一個 新聞提要 到第二個，通過 通過一個洞 時空 或者正如他們所說，“數學上可能的”隧道。 這個模型假設我們可以在不同的平行宇宙中旅行，但有一個嚴重的缺點——時間旅行不會影響旅行者自己的時間線。 通過這種方式，你可以影響其他連續體，但我們開始旅程的連續體保持不變。

由於我們處於時空連續體中，那麼借助 量子計算機 為了模擬時間旅行，科學家最近證明量子領域並不存在許多科幻電影和書籍中看到的“蝴蝶效應”。 在量子水平的實驗中，受損的，看起來幾乎沒有變化，就好像現實正在自我治愈一樣。 今年夏天，一篇關於該主題的論文發表在《物理評論快報》上。 洛斯阿拉莫斯國家實驗室的理論物理學家、該研究的合著者米科萊·西尼岑（Mikolay Sinitsyn）解釋說：“在量子計算機上，無論是模擬時間上相反的演化，還是模擬將過程推回過去的過程，都沒有問題。” 工作。 “如果我們回到過去，增加一些損害然後回去，我們真的可以看到復雜的量子世界會發生什麼。 我們發現我們的原始世界倖存了下來，這意味著量子力學中不存在蝴蝶效應。”

這對於我們來說是一個很大的打擊，但同時也是一個好消息。 時空連續體保持完整性，不允許微小的變化破壞它。 為什麼？ 這是一個有趣的問題，但與時間本身略有不同。