Физика время определение: Что такое время? — все самое интересное на ПостНауке

Что такое время?

Искусство & технологии

Точно этого не знает никто, и в то же время знают почти все. И, что интересно, каждый понимает время по-своему. Так что же такое время? Когда оно появилось? Или существовало всегда?

Точно этого не знает никто, и в то же время знают почти все. И, что интересно, каждый понимает время по-своему. Так что же такое время? Когда оно появилось? Или существовало всегда?

Сколько лет времени
Физики считают, что оно существовало всегда, но так называемое земное время образовалось в момент Большого Взрыва – 13,7 миллиарда лет назад. Вместе с ним в Земной галактике возникло некоторое количество пространства и материи. Так уж получается, что эта троица — время, пространство и материя — не может существовать друг без друга.

Лучшая на сегодня модель вселенского хронометра позволяет оценить возраст времени с точностью +/- 200 миллионов лет.

Следует заметить, хорошо бы почистить механизм.

Отдельные теоретики придерживаются иной точки зрения. Все стройматериалы для Вселенной были подвезены задолго до Большого Взрыва, но получившееся сооружение оказалось не очень устойчивым и развалилось. В этом случае нас окружает сплошное вторсырье, да и время какое-то подержанное, второй свежести. А может, и не второй: кто способен пересчитать неудавшиеся проекты мироздания?

Быть или не быть
С этой вот хрупкостью и недолговечностью космической материи связан следующий вопрос: сколько еще времени длиться? С одной стороны — бесконечно долго. Но, такой ответ удовлетворяет далеко не всех. Недавно ученые из NASA провели инвентаризацию Вселенной и обнаружили, что она только на 4 процента построена из обычных атомов, остальное — это загадочные “темная материя” и “темная энергия”.

От последних, между прочим, не стоит ожидать ничего светлого: в один прекрасный день Вселенная может лопнуть, как мыльный пузырь. По некоторым теориям, это произойдет через 22 миллиарда лет, вот тогда-то время и кончится.

А как же родная Земля? Ей отводят и того меньше – всего 12 миллиардов лет, из них 4,5 миллиарда планета уже прожила. А земная жизнь прекратится еще раньше — через 500 миллионов лет — станет слишком жарко. Еще один конец времени. Но ведь в запасе есть полмиллиарда лет, надо лишь правильно этим временем распорядиться. Может, удастся просочиться через прореху пространства-времени, забиться в какую-нибудь “черную дыру”, переселиться в место поспокойнее.

Движения души
Пока физики решают эти жизненно важные проблемы, послушаем, что скажут о времени представители других профессий. Но они, скорее всего, отделаются простыми аналогиями. Историк сообщит, что время — это факты, банкир — деньги, биолог — жизнь, таксист — счетчик, поэт — река, лингвист — существительное, журналист — события, часовщик — часы, политик —- выборы, и так далее. Не хватит никакого пространства и времени привести все их суждения.

Лучше спросим философов, охотно рассуждающих о вещах, которые руками не потрогаешь. Соответственно, придется временно сменить тон на более серьезный. Вот что говорил отец философии Аристотель: “время немыслимо, оно не существует без движения, но оно не есть и само движение”. Не совсем конструктивно, зато красиво.

В раннехристианскую эпоху время стали соотносить не с движением, а с человеческим восприятием. Августин утверждал: “есть три времени – настоящее прошедшего, настоящее настоящего и настоящее будущего. Некие три времени эти существуют в нашей душе, и нигде в другом месте я их не вижу: настоящее прошедшего – это память; настоящее настоящего – его непосредственное созерцание; настоящее будущего – его ожидание”.

Оба подхода пытался объединить Иммануил Кант, занимавший по отношению ко времени неоднозначную позицию. Сравните: “само по себе, вне субъекта, время есть ничто” и “все явления могут исчезнуть, между тем как само время не может быть уничтожено”. Но в повседневной жизни Кант был натурой весьма пунктуальной — жители Кенигсберга проверяли часы по времени его выхода на ежедневную прогулку. Значит, и от философов бывает практическая польза.

Живые часы
Между тем, прямого ответа на вынесенный в заглавие вопрос мы так и не получили: каждый понимает его по-своему. Попробуем задать наводящий: как и чем его измеряют? Конечно же, часами. Причем у каждого из нас – две пары часов: механические и биологические. Первых может быть сколько угодно, зато вторые всего одни.

Впрочем, о надежности тех и других можно поспорить. Как механические часы получают подпитку от сжатой пружины, так биологические — от восхода солнца. Иначе, даже не взирая на отсутствие баланса и шестеренок, наши живые часы дадут сбой.

Нарушить точность биологических часов довольно-таки просто. Для этого надо всего лишь поместить человека в абсолютно изолированное помещение, лишить возможности получать любую информацию извне, в том числе о времени суток, и предоставить самому себе.

Так вот даже если создать в безвременной тюрьме идеальные условия содержания – скажем, с разнообразной телесной и духовной пищей, через пару недель как живые часы совершенно разбалтываются. Кто-то переходит на 19-ти часовой суточный цикл, а другие ложатся спать каждые 32 часа. И только солнце способно починить внутренние часы испытуемых.

Все врут календари
Однако и точность механических часов весьма относительна. Часовщики, скорее всего, примутся оспаривать это утверждение, но куда денешься от Эйнштейна с его Специальной Теорией Относительности. Возвращаем слово физикам: механические часы уверенно отмеряют время земного масштаба, а в космосе появляются другие точки отсчета.

Давайте отправим космонавта в какую-нибудь не столь отдаленную галактику, скажем на Магелланово Облако. Если наш путешественник не позабудет ежедневно заводить свои часы, то, очевидно, заметит — перелет со скоростью света занял вполне разумное количество времени.

Тогда как, с точки зрения землян, космический вояж отнимет около 300 тысяч лет.

Эйнштейн утверждает, что каждый инопланетянин, бороздящий космическое пространство, сверяется со своими часами, не менее правильными, чем наши с вами. И поэтому порой совершенно бессмысленно употреблять в разговоре такие слова, как “раньше”, “позже” и “одновременно”: все зависит от того, с чьей стороны на это посмотреть.

Но не будем пенять на Эйнштейна и  инопланетные часы, тем более что и мы сами на Земле живем по разному времени. Кому-то по душе солнечное, существующее в 24 вариантах (по числу часовых поясов), но немало у нас приверженцев и лунного времени. Эти двойные стандарты перекочевали и в календари.

На солнечном основаны древнеегипетский, юлианский, григорианский, французский республиканский, индийский; по лунным живут многие буддийские и мусульманские страны; лунно-солнечные календари — древневавилонский, древнегреческий, вьетнамский, израильский, китайский, японский… Живущие на одной планете внесли изрядную путаницу в вопросы летоисчисления, ничуть не приблизившись к пониманию природы времени.

Воспоминания о будущем
Заметьте, что ни одна другая физическая величина не имеет столько различных бытовых единиц измерения: секунда, минута, час, день (сутки), неделя, месяц, сезон, год, десятилетие, век, тысячелетие – итого 11 наименований, постоянно используемых обычными людьми в повседневном разговоре. В общем-то, немало.

Та же неразбериха наблюдается в грамматическом времени: россиянам достаточно всего трех его видов, а англичане не могут обойтись без 12. А ведь психологическое время, существующее только в нашем сознании и памяти, всеми ощущается одинаково. С этим временем, кстати, тесно связан феномен будущего.

Пророки и предсказатели, стоящие с грядущим на короткой ноге, находились во все времена, но только в последнее столетие будущее заняло прочное место в сознании обывателей. Одни жадно читают газетные гороскопы, фантастику и предсказания, другие составляют подробные личные планы на неделю, год и всю жизнь. Современный человек замечателен тем, что не столько существует в настоящем, сколько живет в будущем.

Четвертое измерение
Но самый странный вид времени мы приберегли на десерт — время абстрактное, или пресловутое четвертое измерение. Все, что о нем доподлинно известно, — это бесструктурная, принципиально непознаваемая и лишь умопостигаемая субстанция. Нельзя даже сказать, что абстрактное время может двигаться только в одну сторону.

Теоретически, несложно повернуть его вспять, с одним неудобством: в некоторых физических уравнениях появятся мнимые числа, с которыми давно и плодотворно работают математики, не слишком задумывающиеся о реальном и наглядном смысле всяких абстракций. Как тут не согласиться с фразой Эйнштейна: “с тех пор, как за Теорию Относительности принялись математики, я ее уже сам не понимаю“. А ведь четвертых измерений, теоретически же, может быть бесконечно много: невозможность существования параллельных миров никем не доказана.

Так что же такое время? Как видите, этот риторический вопрос допускает очень разные ответы и толкования. Возможно, самым правильным будет такое: время — это часы без стрелок.

Аркадий БРОНФМАН

Опубликовано в журнале “Мои Часы” №3-2003

Существует ли время или это социальная конструкция?


В мозге нет единых часов, измеряющих время, поэтому 5 минут, потраченные на разглядывание стены, могут показаться гораздо дольше, чем 5 минут, проведенные в социальных сетях. Раньше физики считали, что время линейно, пока теории Эйнштейна и квантовая механика не опровергли это представление. Теперь остается вопрос… является ли время социальной конструкцией?

Положите руку на горячую плиту на минуту, и это покажется вам часом. Посидите с красивой девушкой час, и это покажется вам минутой“. – Альберт Эйнштейн

Эйнштейн, величайший физик в истории, говорил, что время не является абсолютным и зависит от наблюдателя. Некоторые ученые и философы разделяют мнение, что времени вообще не существует, утверждая, что это всего лишь иллюзия.

Если бы время не существовало, то во Вселенной не было бы ни начала, ни конца. Разве не происходило бы все сразу, прямо сейчас? Можно ли прочитать эту статью до того, как она была написана?

Существует ли время в каком-то смысле или это просто концепция, которую мы создали? Пришло время это выяснить!

Как мы ощущаем время?

Исследования показывают, что в человеческом мозге нет отдельных часов, предназначенных для измерения проходящего времени. Так откуда же берется наше ощущение времени?

Наше ощущение времени зависит от многих факторов, включая воспоминания, эмоции и уровень нашего внимания. Кажется, что время “летит”, когда мы занимаемся чем-то приятным, но время медленно ползет, когда вы застряли в скучной ситуации. Одно исследование показало, что с возрастом время идет быстрее.

Если вы попытаетесь найти в головном мозге отдельный участок, отвечающий за восприятие времени, вам это не удастся. Восприятие времени связано с различными участками мозга, включая лобную кору, базальные ядра, теменную кору, мозжечок и гиппокамп.

Мы также воспринимаем время на основании того, как чувствует себя наше тело. Чувствуете ли вы себя голодным, сонным или энергичным в определенное время суток? Это происходит потому, что у нас, людей, как и у большинства живых существ в природе, есть свой циркадный ритм – 24-часовой биологический цикл сна-бодрствования. Он помогает нам определять время суток, а также контролирует регулярные основные функции организма.

Исследования показали, что такие животные, как собаки, птицы, крысы и даже золотые рыбки (вопреки распространенному мнению, что золотые рыбки обладают 3-секундной памятью!) способны чувствовать время, несмотря на отсутствие какого-либо понимания “концепции” времени.

Это делает очевидным, что наше восприятие времени не подчиняется часам или календарю и может меняться – иногда очень сильно.

Что вообще такое время (исходя из нашего восприятия)?

Все сводится к нашему общему пониманию того, что время – это нечто проходящее, отмеченное изменениями в нашем окружении (например, восход солнца, смена времен года) и процессами внутри нашего тела (например, биение сердца, биологический процесс старения).

События развиваются в прямом направлении от прошлого к настоящему, а затем в будущее. Это восприятие также соответствует теориям Стивена Хокинга о психологической стреле времени и термодинамической стреле времени. То, как мы переживаем события, всегда движется в одностороннем направлении; вы можете разбить яйцо, но не разбить его.

Итак, означает ли наше осознание времени, что время существует?

Вряд ли. Общая картина гораздо шире и выходит далеко за рамки нашего ограниченного субъективного опыта.

Существуют ли прошлое и будущее?

То, что мы воспринимаем как время, по сути, является элементами существования, идущими по прямой (линейной) линии – одна вещь происходит за другой. На протяжении веков считалось, что этот “поток” времени из прошлого в будущее постоянен во всей Вселенной, как будто Вселенная функционирует как одни механические часы (например, идея Вселенной с часовым механизмом).

Однако в 1905 году Эйнштейн опубликовал свою теорию общей относительности, которая показала нам, что время не является ни абсолютным, ни линейным, и Вселенная не управляется “главными часами”. Он нарушил тенденции, установленные ранее Ньютоном, Галилеем, Коперником и другими великими учеными в отношении времени.

Теория относительности утверждает, что прошлое и настоящее не могут быть “абсолютными”, поскольку время зависит от системы отсчета (т.е. от того, насколько быстро вы движетесь). В результате возникает ощущение замедления времени. Чем ближе вы к скорости света, тем длиннее (более растянутым) будет ваше время.

Это было подтверждено в эксперименте Хафеля-Китинга, когда сверхточные атомные часы летали на реактивных самолетах. Даже радиоактивные атомы, двигаясь, испытывают “меньшее” прохождение времени, чем неподвижные.

Настоящая ткань реальности

Эйнштейн предположил, что время сшито вместе с пространством в единую пространственно-временную ткань. Все во Вселенной включено в пространственно-временную ткань. Ткань гладкая, непрерывная и может изгибаться вокруг материи (или энергии). Солнце с его огромным количеством энергии создает вмятину в пространстве-времени, заставляя окружающие планеты (включая Землю) двигаться вокруг него. Это и является причиной гравитации.

Мы все вплетены в ткань пространства-времени.

При переходе с биологического на космический уровень время представляется иначе, чем нам говорят наши органы чувств.

Вы читаете эти строки прямо сейчас? В пространственном времени различия между прошлым, настоящим и будущим являются иллюзией. Не существует фиксированного момента под названием “настоящее” или чего-то, что происходит сейчас. Мое “сейчас” может отличаться от вашего “сейчас”, потому что относительность утверждает, что абсолютного “сейчас” не существует.

Звучит непонятно? Есть забавный анекдот о том, что только три человека в мире по-настоящему понимают теорию общей относительности!

“Время” конфликтов в современной физике

С момента появления квантовой механики, после огромных прорывов в физике, мы начинаем понимать, как устроен мир на уровне электронов и других крошечных частиц.

Одной из наиболее объединяющих попыток современной физики является создание более общей теории (например, квантовой гравитации) путем слияния общей теории относительности Эйнштейна с квантовой механикой.

Вот где возникает кризис. Время динамично в теории относительности, а время абсолютно в квантовой механике (за исключением некоторых новых теорий). Две фундаментальные теории физики предполагают, что время существует, но они неизбежно противоречат друг другу.

К концу 20-го века ученые придумали новые подходы к квантовой гравитации. Среди них петлевая квантовая гравитация оказалась самой надежной альтернативой ранее “непроверяемой” теории струн.

И знаете что… время не существует ни в петлевой квантовой гравитации, ни во многих других последних теориях, поэтому нам, возможно, еще предстоит выяснить, как на самом деле устроена Вселенная.

Изображение космоса, напоминающее сценарий петлевой квантовой гравитации. В битве теорий время не побеждает.

Ученые все чаще отказываются от давно устоявшегося представления о том, что время является одним из фундаментальных аспектов Вселенной. Многие физики, такие как Карло Ровелли, утверждают, что время – это иллюзия, и наше восприятие “потока времени” не делает ее реальностью.

Если эти теории подтвердятся, надеемся, что часы на наших стенах не растают, как на знаменитой картине Сальвадора Дали!

Почему мы вообще создали концепцию времени?

Время остается загадкой для науки, но, по крайней мере, мы воспринимаем время определенным образом. Настоящая физическая реальность там может быть вне времени, но здесь мы не можем избавиться от времени. Время – это социальная конструкция, которую мы коллективно создали, чтобы лучше управлять своей жизнью и ориентироваться в ней. Мы используем время для измерения продолжительности событий (с помощью секунд, минут, часов, дней, недель, лет и т.д.), чтобы придать смысл миру, в котором мы живем.

Без времени современная наука может оказаться прекрасной, но наша современная жизнь была бы хаосом. Поэтому мы будем продолжать придерживаться наших часов и календарей, чтобы отслеживать бесчисленное количество вещей (и не сойти с ума!).

Несмотря на последние исследования, наука по-прежнему опирается на время и ее математические формулы. Например, где бы был второй закон термодинамики (который заставляет работать большие электростанции и тепловые двигатели), если бы мы полностью отрицали существование времени?

Более того, в социальном плане мы создали идею времени задолго до того, как придумали законы физики, так что время здесь и сейчас. Как бы хорошо вы ни понимали пространственно-временной континуум, вам все равно придется сверять часы, когда нужно приготовить еду, посетить занятия или успеть на самолет.

Другими словами, если время – это иллюзия, то эта иллюзия нам необходимая.

Новая квантовая технология, измерение и определение времени | Наука

Недавно газета Independent попросила меня и других поделиться некоторыми научными книгами, которые нас взволновали. Мой выбор пал на «Науку и Вселенная» из библиотеки Митчелл-Бизли «Радость знаний». В эпоху до появления Википедии (а для меня еще до уровня O) эта книга открыла целый мир удивительных идей — идей, подкрепленных фактами.

Лучше всего мне запомнилась страница с «Идеей относительности»¹, на которой среди прочего показано, что космические мюоны живут дольше, чем обычно, из-за эффекта замедления времени из-за их высоких скоростей. Думаю, тогда я впервые столкнулся с мюонами или космическими лучами. Но больше всего мне запомнилась иллюстрация со световыми часами, в которых луч света отражается между двумя зеркалами.

По таким часам действительно легко увидеть, как – если скорость света одинакова для всех наблюдателей – время должно замедляться, если часы и наблюдатель движутся относительно друг друга. Если часы неподвижны, свету достаточно пройти расстояние между зеркалами. Если часы движутся относительно вас, свет должен пройти дополнительное расстояние. Если скорость света остается неизменной, это должно занять больше времени, поэтому время, измеряемое часами, замедляется по сравнению со временем, измеряемым неподвижными часами. (Должно быть, теперь все это объяснено на соответствующей странице Википедии с похожими иллюстрациями.)

Свет — это электромагнитная волна. Тот факт, что скорость света одинакова для всех наблюдателей, является основополагающим предположением теории относительности Эйнштейна. Нам нужно, чтобы это было так, если мы хотим, чтобы законы физики — особенно законы электромагнетизма — были одинаковыми при любых относительных скоростях вовлеченных объектов. Мы хотим этого. Ни один студент-физик не должен изучать новую версию уравнений Максвелла каждый раз, когда их скорость относительно экзаменатора меняется.

А “световые часы” – это не просто неисправные часы. Все физические процессы зависят от подобных эффектов. Самые точные способы измерения и, следовательно, определения времени, которые у нас есть, включают в себя перемещение квантов света в атомном масштабе.

На самом деле, атомные часы в основном используют микроволны, которые также являются электромагнитными волнами, но имеют более низкую частоту, чем оптический свет. Часы, использующие оптический свет, могут достигать еще более высокой точности, но им требуются более совершенные квантовые технологии для измерения задействованных более высоких частот.

Что подводит меня к следующей серии публичных лекций Института Периметра. Она будет посвящена оптическим атомным часам и будет прочитана Дэвидом Вайнлендом, получившим Нобелевскую премию по физике в 2012 году

за новаторские экспериментальные методы, позволяющие измерять и манипулировать отдельными квантовыми системами

Лекция – « Лучшее время: эра оптических атомных часов» состоится в среду вечером (4 ноября или технически утром 5 ноября в Европе). Трейлер здесь, а вот ссылка, чтобы подписаться на напоминание. Прямая трансляция появится ниже, как и запись позже.

Разрешить контент, предоставленный третьей стороной?

В этой статье содержится контент, размещенный на livestream.com. Мы просим вашего разрешения, прежде чем что-либо загружать, так как провайдер может использовать файлы cookie и другие технологии. Чтобы просмотреть этот контент, нажмите «Разрешить и продолжить» .

стр. 106 если у вас, как и у меня, где-нибудь припрятана книга.

Книга Джона Баттерворта Smashing Physics доступна как «Самая разыскиваемая частица 9»0008 » в Канаде и США и был номинирован на премию Королевского общества Уинтона в области научных книг.

Время правит всем вокруг. Это тоже иллюзия: NPR

Ученые из Национального института стандартов и технологий разрабатывают все более компактные и точные часы. М. Хаммон/NIST скрыть заголовок

переключить заголовок

М. Хаммон/NIST

Ученые Национального института стандартов и технологий разрабатывают все более компактные и точные часы.

М. Хаммон/NIST

Официальное время Америки хранится в государственной лаборатории в Боулдере, штат Колорадо, и, судя по часам у входа, я опоздал на семь минут.

Я мчусь через кампус Национального института стандартов и технологий (NIST) и оказываюсь в конце длинного коридора, где меня терпеливо ждал физик Джефф Шерман.

«Извини, что опаздываю», — говорю я ему.

«Все в порядке, мы измеряем только наносекунды», — шутит Шерман.

Еще никогда не было так легко узнать, который час. NIST транслирует время в точки по всей стране. Он передается через компьютерные сети и вышки сотовой связи на наши личные гаджеты, которые работают с идеальной синхронностью. Постоянно совершенствующееся соглашение человечества о времени улучшает связь и транспорт, и это смазывает нашу экономику.

Но у времени есть и другая сторона, которую не показывают часы.

«Многие из нас вырастают, питаясь идеей абсолютного времени», — говорит Чанда Прескод-Вайнштейн, физик-теоретик из Университета Нью-Гемпшира. Но Прескод-Вайнштейн говорит, что время, которое мы переживаем, — это социальная конструкция. Реальное время на самом деле совсем другое. В некоторых самых странных уголках Вселенной пространство и время могут растягиваться и замедляться, а иногда даже полностью разрушаться.

Для многих эта неуправляемая версия времени является «радикальной», говорит она. Но по мере того, как технологии для лучшего подсчета времени становятся все более изощренными, наше повседневное понимание самого времени, возможно, должно начать меняться.

Сизифова задача

Чтобы понять, откуда берется жесткое время, управляющее большей частью нашей жизни, Шерман ведет меня в лабораторию бежевого цвета, набитую экспериментальным оборудованием и компьютерами. Над лабораторными столами возвышаются три больших ящика с тремя высокоточными атомными часами. Каждая коробка помечена именем: одну зовут Джордж, другую Фиона, а третью зовут Элвис.

Время не является абсолютным, и это радикально.

Чанда Прескод-Вайнштейн

«У них у всех есть причуды и характеры», — объясняет Шерман. «Когда они терпят неудачу в 2 часа ночи, вы хотите проявить к ним немного сострадания, поэтому вы даете им имена».

Джордж, Фиона и Элвис — лишь часть ансамбля из 21 часа, который NIST использует для определения официального времени. Эти три часа тикают, используя атомы водорода. Атомы возбуждаются с помощью радиочастотной энергии, а затем отправляются в камеру. Оказавшись внутри, они распадаются, излучая свет определенной частоты.

Думай об этом, как о ударе по атомному камертону, — говорит Шерман.

Возбужденный водород излучает «тон света», говорит он. Остальная часть часов — это «инструмент, который пытается сэмплировать — пытается слушать — немного этого света и подсчитывает циклы колебаний этого света».

Эти световые циклы – это “тиканье” часов. Усредняя подмножество 21 часов вместе, NIST создал систему, которая может считать время с точностью до одной квадриллионной доли секунды. Это означает, что правительственные часы могут показывать время с точностью до секунды в течение примерно 30 миллионов лет.

В другой комнате этот сигнал времени рассылается по Соединенным Штатам и через спутник в другие правительственные лаборатории в других частях мира, у которых есть собственные часы.

Это впечатляющая система, но есть одна загвоздка. Вы должны продолжать считать. Если вы остановитесь, если вы моргнете, вы больше не будете знать время.

«В обмен на эту прекрасную идею, — говорит Шерман, — вы теперь обязаны считать вечно и не терять счет».

МУЖЧИНА в “тайм-менеджменте”

Постоянно совершенствующиеся часы NIST — это один из способов понять время. Но физик-теоретик Прескод-Вайнштейн возмущается этим определением. Она говорит, что эта версия времени — как раз то время, о котором правительство хочет, чтобы вы думали.

«Управление тем, что считать правильным временем и какое сейчас время в любом заданном месте, тесно связано с авторитетом», — говорит она.

Время из этой лаборатории используется для управления нашей жизнью. Там написано, когда взлетают и садятся самолеты, когда открываются и закрываются рынки, когда школьники приходят в класс. Он управляет компьютерными сетями, средствами навигации и многим-многим другим.

Прескод-Вайнштейн утверждает, что правительства всего мира предоставляют время не только в качестве альтруистической услуги гражданам. Речь идет о поддержании общества организованным и эффективным. Речь идет о повышении экономической производительности.

Вот почему люди так напрягаются из-за времени — на самом деле им навязывают технологию. «Капитализм — отстой, и я думаю, что отношение многих людей к тому, почему время — это не круто, структурировано давлением ресурсов, которое мы ощущаем», — говорит она.

Wibbly wobbly timey wimey

Настоящее время на самом деле гораздо более гибкое, чем думает большинство людей, говорит Прескод-Вайнштейн. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, пространство и время связаны друг с другом, а пространство-время может изгибаться и искривляться.

«Если подумать, это искривление растягивает время», — говорит она.

Время тянется, оно замедляется.

Самой известной силой, растягивающей время, является гравитация. Чем больше гравитации кто-то испытывает, тем медленнее для него течет время по сравнению с кем-то в более низком гравитационном поле.

Эффект ничтожен по сравнению с продолжительностью жизни человека, но он реален и измерим. Боулдер, штат Колорадо, находится в миле над уровнем моря. Это означает, что гравитационное поле немного слабее, а время идет немного быстрее.

Но современные технологии не могут справиться с таким текучим временем. В результате хронометристы в Боулдере и других местах вносят поправки, чтобы эти разные потоки времени выглядели так, будто они идут в ногу. То же самое касается спутников, находящихся дальше от Земли, таких как те, которые составляют Глобальную систему позиционирования. Система работает, измеряя разницу во времени между несколькими спутниками, несущими часы в космосе, и временем, которое люди измеряют на земле.

Без правильной калибровки разницы в тикании часов внутри спутников GPS система не будет такой точной, говорит Прескод-Вайнштейн. «Любая система, использующая GPS, требует общей теории относительности», — говорит она. «Вы должны понимать, на что похож поток времени на спутнике и чем он отличается от потока времени на Земле».

Далекое время

Даже дальше от Земли время становится действительно причудливым.

В местах, где гравитация очень сильна, время, как мы его понимаем, может полностью разрушиться. Например, на краю черных дыр мощное гравитационное притяжение резко замедляет время, говорит Прескод-Вайнштейн. И, пересекая точку невозврата черной дыры, известную как ее горизонт событий, она говорит, что пространство и время меняются местами.

Вдали от Земли время становится чрезвычайно странным. Черные дыры могут заставить его растянуться и даже полностью разрушиться. НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт скрыть заголовок

переключить заголовок

НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт

Вдали от Земли время становится очень странным. Черные дыры могут заставить его растянуться и даже полностью разрушиться.

НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт

“Вы оказываетесь в области, где пространство теперь имеет стрелку, и это одно направление… а время не имеет стрелы, как раньше”, – говорит она. «На самом деле нет чувства времени».

На краю наблюдаемой Вселенной происходит что-то еще, по словам Кэти Мак, астрофизика из Периметрового института теоретической физики в Канаде. Вселенная расширяется после Большого взрыва, и это расширение также растягивает время.

«Когда вы видите что-то в очень далекой Вселенной, из-за расширения Вселенной для того, чтобы что-то произошло, требуется больше времени», — говорит она. Эффект известен как космологическое замедление времени, и он намного мощнее, чем крошечные изменения времени, наблюдаемые вблизи Земли.

Сравните, например, две одинаковые звезды, которые взрываются: одну рядом и одну далеко. «Если мы увидим, как взрывается звезда, и этой звезде требуется около 10 дней, чтобы превратиться из самой яркой части взрыва в другую, чтобы снова погаснуть; если мы посмотрим на нее в очень далекой Вселенной, это может занять 20–30 дней», — говорит Мак.

Далекая звезда не взрывается медленнее, время идет медленнее, по крайней мере, с нашей точки зрения.

Пространство-время обречено.

Нима Аркани-Хамед

Мак, написавший книгу под названием Конец всего (с точки зрения астрофизики) , говорит, что через много миллиардов лет в будущем время может стать еще более странным. Вселенная расширяется, и из-за энтропии энергия и материя все более и более равномерно распределяются по постоянно растущей пустоте. В своем конечном состоянии Вселенная может оказаться инертным облаком энергии и материи, где все распределено равномерно.

В этом сером небытии «нет будущего, больше нет стрелы времени», — говорит она. По ее словам, в этот момент время не имеет реального значения. «У него нет направления».

Субатомное безумие

Итак, у времени, как мы его понимаем, есть действительно большие проблемы, но есть и совсем маленькие. Фактически, некоторые ученые, изучающие микроскопические взаимодействия фундаментальных частиц, ставят под сомнение саму идею времени.

«Пространство-время обречено», — говорит Нима Аркани-Хамед, физик из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси.

Аркани-Хамед пришел к такому выводу за последнее десятилетие, когда пытался лучше понять, что происходит внутри самых мощных в мире ускорителей атомов. Эти гигантские устройства используют огромное количество энергии для столкновения субатомных частиц. Согласно квантовой механике, для расчета каждого столкновения по мере его возникновения требуются сотни страниц сложной математики. Тем не менее необъяснимо, что гораздо более простое уравнение может работать так же хорошо.

Некоторые теоретики считают, что столкновения в самых мощных в мире ускорителях частиц можно объяснить только чем-то другим, кроме пространства-времени. Макс Брайс/ЦЕРН скрыть заголовок

переключить заголовок

Макс Брайс/ЦЕРН

Некоторые теоретики считают, что столкновения в самых мощных в мире ускорителях частиц можно объяснить только чем-то другим, кроме пространства-времени.

Макс Брайс/ЦЕРН

Аркани-Хамед считает, что за этим несоответствием может стоять сама концепция времени. В уравнениях физики время используется для отслеживания последовательности событий по мере их развития. Но он пришел к выводу, что организация столкновений частиц по принципу «когда» излишне усложняет математику. Вместо этого он экспериментирует с абстрактными геометрическими формами, которые могут описывать события без использования времени.

Аркани-Хамед говорит, что эти формы пока не могут заменить представление о времени, но он считает, что в какой-то момент само время будет вытеснено какой-то другой теорией о том, что заставляет Вселенную двигаться.

«В фундаментальных принципах еще более глубокое понимание физики вряд ли выживет», — говорит он.

Тик-так, тик-так

Ученые из NIST хорошо осведомлены обо всех проблемах со временем.

«Мы действительно сосредоточены на измерении времени, но… довольно сложно дать ему удовлетворительное определение», — говорит Джон Китчинг, возглавляющий группу атомных устройств и приборов в NIST.

Китчинг ведет меня в лабораторию, где его команда разрабатывает свое последнее чудо — атомные часы, которые можно производить серийно и помещать на микрочип.

«Идея этого типа часов состоит в том, чтобы повсеместно использовать атомную синхронизацию», — говорит он. «Представьте себе — атомные часы в каждом компьютере и в каждом мобильном телефоне».

Точно так же, как люди улучшают свои карты, они должны улучшать свои часы, говорит Китчинг. Усовершенствованные часы могут повысить точность GPS, ускорить работу компьютерных сетей и сделать возможными новые технологии во всем, от торговли акциями до астрономии.

И это важно, потому что, по словам Китчинга, в конце концов он фактически соглашается с Чандой Прескод-Вайнштейн, физиком-теоретиком, который считает, что время, как мы его ощущаем, является скорее технологией, чем фундаментальной частью Вселенной. Он тоже считает, что время — это человеческое дело — результат возбуждения нейронов, формирования воспоминаний и написания книг.

«Я считаю, что движение вперед — это в основном человеческая конструкция, — говорит он. «С точки зрения физики это не имеет большого значения».

И тем не менее, добавляет он, неустанный подсчет секунд, минут, часов и дней лаборатории NIST используется для всего, от навигации до производства энергии. Для людей огромная социальная ценность заключается в попытке укротить буйное чувство времени в природе.

Оставить комментарий