Время физика: что это такое, понятие в физике, философии

Радость его писания – это широкий культурный кругозор. Историзм дает начальную опору в материале. (Он ведет курс истории науки, где ему нравится объединять студентов естественных и гуманитарных наук.) И еще есть тот факт, что наряду с Эйнштейном, Людвигом Больцманном и Роджером Пенроузом появляются такие фигуры, как Пруст, Данте, Бетховен и, особенно, Гораций – каждая глава начинается эпиграфом римского поэта – как бы для того, чтобы укрепить нас в человеческих чувствах и эмоциях перед тем, как отправиться в головокружительный мир черных дыр, спиновой пены и облаков вероятностей.

«У него есть интимная, лирическая и чрезвычайно интенсивная сторона; и он великий певец времени », – говорит Ровелли. «Есть чувство ностальгии – это не тоска, это не печаль – это чувство« давайте жить интенсивно ». Мой хороший друг Эрнесто, который умер довольно молодым, дал мне книжку Горация, и я всю жизнь носил ее с собой ».

Ровелли считает, что нет противоречия между видением Вселенной, из-за которого человеческая жизнь кажется маленькой и неуместной, и нашими повседневными горестями и радостями.Или действительно между «холодной наукой» и нашей внутренней, духовной жизнью. «Мы – часть природы, поэтому радость и печаль – это аспекты самой природы – природа намного богаче, чем просто наборы атомов», – говорит он мне. В « Семи уроков » есть момент, когда он сравнивает физику и поэзию: оба пытаются описать невидимое. Можно добавить, что физика, отходя от своего родного языка математических уравнений, сильно полагается на метафоры и аналогии. У Ровелли есть дар незабываемых сравнений.Он говорит нам, например, когда объясняет, что плавный «поток» времени – это иллюзия, что «события в мире не образуют упорядоченную очередь, как англичане, они хаотично толпятся, как итальянцы». По его словам, понятие времени «теряет слои один за другим, кусок за кусочком». Мы остаемся «пустым, продуваемым ветрами пейзажем, почти лишенным всяких следов временности… мир, лишенный своей сущности, сияющий засушливой и тревожной красотой».

Больше всего из того, что я когда-либо читал, Ровелли напоминает мне Лукреция, римского автора первого века до нашей эры поэмы « О природе вещей ».Возможно, не так уж и странно, поскольку Ровелли – фанат. Лукреций правильно выдвинул гипотезу о существовании атомов – теория, которая оставалась недоказанной, пока Эйнштейн не продемонстрировал ее в 1905 году, и даже в 1890-х годах списывалась со счетов как абсурдная.

То, что Ровелли разделяет с Лукрецием, – это не только блестящий язык, но и чувство места человечества в природе – одновременно части ткани вселенной и в особом положении, чтобы восхищаться ее великой красотой. Это рационалистическая точка зрения: она утверждает, что, лучше понимая Вселенную, отбросив ложные верования и суеверия, можно обрести некую безмятежность.Хотя этот человек Ровелли также признает, что сущность человечества – это любовь, страх, желание и страсть: все это имеет смысл благодаря нашей короткой жизни; наш крошечный промежуток отведенного времени.

• Порядок времени опубликован Алленом Лейном. Чтобы заказать копию за 9,75 фунтов стерлингов (12,99 фунтов стерлингов), перейдите на сайт guardianbookshop.com или позвоните по телефону 0330 333 6846. Бесплатная доставка по Великобритании на сумму более 10 фунтов стерлингов, только онлайн-заказы. Минимальная цена заказа по телефону составляет 1,99 фунта стерлингов.
  

Сколько времени? Физик Карло Ровелли размышляет о загадочном четвертом измерении

Что такое время? Он проходит, момент за моментом, день за днем.Но это настолько прочно вошло в нашу жизнь, что мы не задумываемся об этом, если только не опаздываем на прием или не замечаем внезапно эти седые волосы в зеркале.

Затем физики взвешивают, и время внезапно кажется более сложным. Эйнштейн говорит нам, что она может расширяться и сжиматься, в то время как второй закон термодинамики, согласно которому Вселенная становится все более неупорядоченной, кажется каким-то образом привязанным к «течению» времени.

Карло Ровелли посвятил большую часть своей карьеры размышлениям над загадкой времени.Итальянский физик, работающий в университете Экс-Марсель во Франции, Ровелли известен среди ученых своей новаторской работой по петлевой квантовой гравитации – теории, которая пытается объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна. Между тем широкая публика узнала его как красноречивого, даже поэтического писателя на научные темы.

Книга Ровелли «Семь кратких уроков физики» 2014 года разошлась по всему миру тиражом более миллиона экземпляров. Теперь он выпускает новую книгу «Порядок времени», в которой основное внимание уделяется самому необычному измерению: времени.

Недавно МАК поговорил с Ровелли о природе времени, о том, есть ли у него начало и смогут ли люди однажды освоить путешествия во времени. Интервью отредактировано для большей ясности.

MACH: Что такое время?

Ровелли: Это что-то очень сложное. Мы ошибочно думаем, что время – это нечто основное, что-то очень элементарное. Мы представляем себе, как он уносит жизнь космоса в течение нескольких мгновений.Такое понимание времени неверно. Или, по крайней мере, это приближение к гораздо более сложной реальности.

Это не означает, что непрофессиональное понимание времени является иллюзией. Это только означает, что он выдерживает ограниченное количество раз. Это все равно что думать, что Земля плоская. Пока мы перемещаемся в небольшой области [на поверхности Земли], мы вполне можем считать ее плоской. Например, когда мы строим дом, нам не нужно беспокоиться о кривизне поверхности Земли. Но если мы посмотрим в большем масштабе, то определенно Земля не плоская.

То же самое и со временем. Наша повседневная интуиция работает очень хорошо, но только до тех пор, пока мы не смотрим слишком далеко в космос или слишком глубоко на небольшие расстояния, и только если мы не рассматриваем вещи, движущиеся с высокой скоростью.

Что физика может сказать о «течении» времени, которое кажется людям?

Возможно, проблема не в физике. Я думаю, это зависит от нашего мозга и сложного способа формирования воспоминаний. Это связано с тем, как мы помним прошлое и предвидим будущее.Итак, чтобы объяснить это течение времени, это течение времени, я считаю, что нужно смотреть на нейробиологию, а не на физику.

Что физики считают самым большим оставшимся без ответа вопросом о времени?

Самый большой из открытых вопросов: почему будущее так отличается от прошлого? Это то, что не записано в законах физики – фундаментальные законы физики не отделяют прошлое от будущего. Я считаю, что это все еще что-то загадочное.

Где уместно второе начало термодинамики?

Представьте себе фильм, в котором один бильярдный шар попадает в другой.Фильм смотрится как вперед, так и назад. То же самое и с Луной, вращающейся вокруг Земли, или Землей, вращающейся вокруг Солнца. Но эта временная симметрия нарушается в сложных системах, где вы можете видеть, как увеличивается беспорядок.

Как разбивается чашка или перемешивается яйцо?

Правый. Это увеличение беспорядка – второй закон термодинамики. Загадочная часть не столько в беспорядке; конечно, дела идут беспорядочно. Загадочная часть состоит в том, почему их заказывали раньше? Кто их заказывал раньше?

Как далеко в прошлое мы должны искать ответ?

Мы вполне уверены, что вселенная началась с Большого взрыва.Мы не знаем, что произошло непосредственно перед этим; это все еще очень обсуждается. Мы знаем, что после Большого взрыва ситуация становится все более и более беспорядочной. Вся 14-миллиардная история Вселенной была похожа на колоду карт, которую перетасовывали снова и снова, постоянно становясь все более беспорядочной. Но это загадка, потому что Большой взрыв – эта начальная, сжатая, горячая фаза Вселенной – кажется, не очень упорядочена. Но каким-то образом это должно было быть. Так что же было источником этого первоначального заказа? Это все еще открытый вопрос.

Было ли у времени начало?

Не знаем. Какое-то время казалось разумным думать, что время «началось» 13,8 миллиарда лет назад с Большого взрыва. Но сегодня многие ученые сомневаются в этой идее и рассматривают возможность существования Вселенной до Большого взрыва. Все варианты открыты.

Возможно ли путешествие во времени?

Ну, «путешествия во времени» – это то, чем мы занимаемся всю жизнь, не так ли? Но вы имеете в виду, можем ли мы быстро перейти в прошлое или в будущее.Прыжок в далекое будущее, безусловно, возможен. Это чисто технологическая проблема, а не научная.

Один из способов – двигаться очень быстро. Когда вы двигаетесь быстро, время для вас течет очень медленно – поэтому, если вы могли бы бегать достаточно быстро по дому много раз, вы могли бы сделать это за промежуток времени, который для вас составляет пару минут, но тем временем столетия проходят для всех. еще. Единственная трудность состоит в том, что скорость, необходимая для этого, должна быть очень высокой, сопоставимой со скоростью света.

Еще один способ окунуться в будущее – это отправиться в путешествие к черной дыре.Около черной дыры время замедляется. Таким образом, космический корабль может подождать там полчаса, а затем отойти от черной дыры и оказаться на тысячелетия в будущем.

А как насчет путешествия в прошлое?

Это намного сложнее. Это не является логически невозможным, но требует нарушения второго закона термодинамики, что было бы похоже на нарушение законов вероятности. Я думаю, что если мы когда-нибудь добьемся этого, то это произойдет еще долго после того, как мы научимся путешествовать во времени вперед.

Повлияла ли работа физиком на то, как вы думаете о времени в вашей жизни?

Я определенно сильно изменился в моем образе мышления за эти годы. Но я не уверен, что это из-за моих исследований или из-за того, что я старею. Я гораздо расслабленнее. Я намного спокойнее, меньше тороплюсь. Я думаю о жизни больше как о подарке. Но, возможно, это просто потому, что мне было 20 лет, а сейчас 60. С этой точки зрения жизнь выглядит иначе.

ХОТИТЕ БОЛЬШЕ ИСТОРИЙ О ФИЗИКЕ?

ПОДПИСАТЬСЯ НА NBC NEWS MACH В TWITTER, FACEBOOK И INSTAGRAM.

Квантовый поворот времени предлагает способ создать часы Шредингера

Парадокс близнецов Альберта Эйнштейна – один из самых известных мысленных экспериментов в физике. Он постулирует, что если вы отправите одного из двух близнецов в обратный путь к звезде со скоростью, близкой к световой, они будут моложе своего брата или сестры, когда вернутся домой. Разница в возрасте – это следствие того, что называется замедлением времени, которое описывается специальной теорией относительности Эйнштейна: чем быстрее вы путешествуете, тем медленнее течет время.

Но что, если мы введем в проблему квантовую теорию? Физики Александр Смит из колледжа Святого Ансельма и Дартмутского колледжа и Мехди Ахмади из университета Санта-Клары обсуждают эту идею в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature Communications . Ученые воображают, что квантовые атомные часы измеряют два разных времени, когда они помещены в суперпозицию – причуда квантовой механики, в которой что-то, кажется, существует в двух местах одновременно. «Из специальной теории относительности Эйнштейна мы знаем, что, когда часы движутся относительно других часов, время, показываемое на них, замедляется», – говорит Смит.«Но квантовая механика позволяет вам задуматься о том, что произойдет, если эти часы будут двигаться с суперпозицией двух разных скоростей».

Суперпозиция – это странный аспект квантовой физики, когда объект может изначально находиться в нескольких местах одновременно, но когда он наблюдается, только одно из этих состояний становится истинным. Частицы могут быть помещены в суперпозицию в определенных экспериментах, например, в тех, которые используют светоделитель для разделения фотонов света, чтобы показать явление в действии.Обе частицы в суперпозиции, кажется, обмениваются информацией до тех пор, пока не будут обнаружены, что делает это явление полезным для таких приложений, как шифрование и квантовая связь.

Между тем, некоторые атомы могут действовать как атомные часы, скорость их распада зависит от времени. В своей статье Смит и Ахмади описывают, как атомные часы, помещенные в суперпозицию, могут испытывать замедление времени, как в эксперименте с близнецами Эйнштейна, если одно из состояний суперпозиции перемещается со скоростью несколько метров в секунду, а другое остается неподвижным.Вместо того, чтобы атом просто пребывал в двух состояниях одновременно – как описано в эксперименте Шредингера с кошкой, – состояния фактически стареют по-разному. «Это что-то вроде« часов Шредингера », – говорит Смит.

Влатко Ведрал, физик из Оксфордского университета, который не принимал участия в исследовании, говорит, что эта идея дает редкую возможность объединить квантовую механику с теорией относительности – две области физики, которые, как известно, плохо сочетаются друг с другом. «Вы действительно можете объединить принцип суперпозиции в квантовой механике с этим понятием замедления времени в теории относительности», – говорит он.«Это точно близнецы Эйнштейна, но теперь они применимы к той же системе. Это поворот. Конечное состояние действительно потрясающее, потому что атом вернулся в то же положение, в котором вы начали, но внутренне он ощущается два разных раза. Это сочетание того, чтобы быть старше и моложе одновременно ».

Хотя эффект слишком мал, чтобы быть заметным для людей, идея квантового замедления времени может иметь последствия для высокоточных квантовых часов. И что очень важно, новое исследование предполагает, что эффект можно измерить экспериментально.«Я надеюсь, что эта статья действительно побудит людей попробовать сделать это в лаборатории», – говорит Ведрал. И Смит предполагает, что в ближайшем будущем можно будет разработать экспериментальное предложение, возможно, с использованием спектроскопии для разделения света, чтобы найти этот признак квантового замедления времени. «Возможно, мы сможем увидеть это в ближайшие пять-десять лет», – говорит он. «Я ни в коем случае не думаю, что это научная фантастика».

Николас Гизен переосмысливает теорию относительности

Как ни странно, хотя нам кажется, что мы скользим во времени на острие ножа между фиксированным прошлым и открытым будущим, эта грань – настоящее – нигде не появляется в существующих законах физика.

Например, в теории относительности Альберта Эйнштейна время сплетено с тремя измерениями пространства, образуя гибкий четырехмерный пространственно-временной континуум – «блочную вселенную», охватывающую все прошлое, настоящее и будущее. Уравнения Эйнштейна изображают все в блочной вселенной так, как было решено с самого начала; начальные условия космоса определяют, что будет дальше, и сюрпризов не происходит – они только кажутся. «Для нас, верующих физиков, – писал Эйнштейн в 1955 году, за несколько недель до своей смерти, – различие между прошлым, настоящим и будущим – всего лишь упорно стойкая иллюзия.

Вечный, предопределенный взгляд на реальность, которого придерживался Эйнштейн, остается популярным и сегодня. «Большинство физиков верят в представление о блочной вселенной, потому что это предсказывается общей теорией относительности», – сказала Марина Кортес, космолог из Лиссабонского университета.

Однако, по ее словам, «если кого-то просят немного глубже задуматься о том, что означает блочная вселенная, они начинают сомневаться и сомневаться в последствиях».

Физики, которые тщательно думают о времени, указывают на проблемы, связанные с квантовой механикой, законами, описывающими вероятностное поведение частиц.На квантовом уровне происходят необратимые изменения, которые отличают прошлое от будущего: частица поддерживает одновременные квантовые состояния, пока вы ее не измеряете, и в этот момент частица принимает одно из состояний. Как ни странно, результаты отдельных измерений случайны и непредсказуемы, даже если поведение частиц в совокупности следует статистическим закономерностям. Это очевидное несоответствие между природой времени в квантовой механике и тем, как оно функционирует в теории относительности, создало неопределенность и путаницу.

Прочтите: наука становится все меньше за свои деньги

За последний год швейцарский физик Николя Гизен опубликовал четыре статьи, в которых делается попытка рассеять туман, окружающий время в физике. По мнению Гисина, проблема всегда была математической. Гизин утверждает, что время в целом и время, которое мы называем настоящим, легко выразить на математическом языке вековой давности, называемом «интуиционистская математика», который отвергает существование чисел с бесконечным числом цифр.Когда интуиционистская математика используется для описания эволюции физических систем, она дает понять, согласно Гизину, что «время действительно проходит и создается новая информация». Более того, с помощью этого формализма строгий детерминизм, подразумеваемый уравнениями Эйнштейна, уступает место квантовой непредсказуемости. Если числа конечны и ограничены в своей точности, тогда сама природа по своей природе неточна и, следовательно, непредсказуема.

Физики все еще переваривают работы Гизина – нечасто кто-то пытается переформулировать законы физики на новом математическом языке, но многие из тех, кто участвовал в его аргументах, думают, что потенциально могут преодолеть концептуальный разрыв между детерминизмом общего относительность и присущая им случайность на квантовом уровне.

«Я нашел это интригующим», – сказала Николь Юнгер Халперн, ученый в области квантовой информации из Гарвардского университета, отвечая на недавнюю статью Гизина в журнале Nature Physics . «Я готов дать шанс интуиционистской математике».

Кортес назвал подход Жизена «чрезвычайно интересным» и «шокирующим и провокационным» по его последствиям. «Это действительно очень интересный формализм, который решает проблему конечной точности в природе», – сказала она.

Гисин сказал, что важно сформулировать законы физики, которые делают будущее открытым, а настоящее – вполне реальным, потому что это то, что мы переживаем.«Я физик, который твердо стоит на ногах, – сказал он. “Время проходит; мы все это знаем.”

Гисин, 67 лет, в первую очередь экспериментатор. Он руководит лабораторией Женевского университета, в которой проводились революционные эксперименты в области квантовой связи и квантовой криптографии. Но он также является редким физиком-кроссовером, известным своими важными теоретическими открытиями, особенно теми, которые касаются квантового шанса и нелокальности.

По воскресеньям утром, вместо церкви, Гисин имеет привычку спокойно сидеть дома в своем кресле с кружкой чая улун и размышлять над глубокими концептуальными головоломками.Примерно два с половиной года назад в воскресенье он понял, что детерминированная картина времени в теории Эйнштейна и остальной части «классической» физики неявно предполагает существование бесконечной информации.

Учитывайте погоду. Поскольку это хаотично или очень чувствительно к небольшим изменениям, мы не можем точно предсказать, какой будет погода через неделю. Но поскольку это классическая система, учебники говорят нам, что в принципе мы могли бы предсказывать погоду на неделю, если бы только мы могли достаточно точно измерить каждое облако, порыв ветра и крыло бабочки.Мы сами виноваты, что не можем измерить условия с достаточным количеством десятичных цифр в деталях, чтобы экстраполировать вперед и сделать совершенно точные прогнозы, потому что реальная физика погоды развивается как часы.

Теперь расширите эту идею на всю вселенную. В предопределенном мире, в котором время только кажется разворачивающимся, то, что именно будет происходить за все время, фактически должно было быть установлено с самого начала, при этом начальное состояние каждой отдельной частицы закодировано с бесконечно большим числом цифр точности. В противном случае в далеком будущем наступит время, когда сама часовая вселенная сломается.

Но информация физическая. Современные исследования показывают, что он требует энергии и занимает пространство. Известно, что любой объем пространства имеет конечную информационную емкость (с максимально возможной плотностью хранения информации внутри черных дыр). Гизин понял, что начальные условия Вселенной потребуют слишком большого количества информации, помещенной в слишком маленькое пространство. «Действительное число с бесконечными цифрами не может быть физически релевантным, – сказал он. Блочная вселенная, которая неявно предполагает существование бесконечной информации, должна развалиться.

Он искал новый способ описания времени в физике, который не предполагал бесконечно точного знания начальных условий.

Современное признание того, что существует континуум действительных чисел, большинство из которых состоит из бесконечного числа цифр после запятой, не несет в себе никаких следов яростных дебатов по этому вопросу в первые десятилетия 20-го века. Давид Гильберт, великий немецкий математик, придерживался ныне стандартного представления о том, что действительные числа существуют и с ними можно работать как с завершенными объектами.Этому представлению противостояли математические «интуиционисты» во главе с известным голландским топологом Л. Э. Брауэром, который рассматривал математику как конструкцию. Брауэр настаивал на том, что числа должны быть конструктивными, их цифры должны вычисляться, выбираться или определяться случайным образом по одной. По словам Брауэра, числа конечны, и они также являются процессами: они могут становиться все более точными по мере того, как все больше цифр проявляются в том, что он назвал последовательностью выбора, функцией для получения значений с все большей и большей точностью.

Основывая математику на том, что можно построить, интуиционизм имеет далеко идущие последствия для математической практики и для определения того, какие утверждения можно считать верными. Наиболее радикальное отклонение от стандартной математики состоит в том, что закон исключенного третьего, хваленый принцип со времен Аристотеля, не выполняется. Закон исключенного третьего гласит, что либо утверждение истинно, либо истинно его отрицание – четкий набор альтернатив, который предлагает мощный способ вывода. Но в рамках теории Брауэра утверждения о числах могут быть ни истинными, ни ложными в данный момент, потому что точное значение числа еще не раскрылось.

Нет отличий от стандартной математики, когда речь идет о числах, таких как 4, ½ или пи, отношение длины окружности к ее диаметру. Несмотря на то, что число Пи иррационально и не имеет конечного десятичного разложения, существует алгоритм для генерации его десятичного разложения, делающий Пи таким же определенным, как и число вроде ½. Но рассмотрим другое число x , которое примерно равно ½.

Скажем, значение x равно 0,4999, где следующие цифры разворачиваются в последовательности выбора.Возможно, последовательность девяток будет продолжаться вечно, и в этом случае x сходится точно к ½. (Тот факт, что 0,4999… = 0,5, верно и для стандартной математики, поскольку x отличается от ½ меньше, чем на любую конечную разницу.)

Читайте: Вселенная всегда выглядит

Но если в какой-то момент в будущем в последовательности появляется цифра, отличная от 9 – если, скажем, значение x становится 4,999999999999997… – то, что бы ни случилось после этого, x меньше ½.Но до того, как это произойдет, когда все, что мы знаем, равно 0,4999, «мы не знаем, появится ли когда-либо цифра, отличная от 9», – объяснил Карл Пози, философ математики из Еврейского университета в Иерусалиме и ведущий эксперт. по интуиционистской математике. «В то время, когда мы рассматриваем это x , мы не можем сказать, что x меньше ½, и не можем сказать, что x равно ½». Утверждение « x равно ½» неверно, равно как и его отрицание. Закон исключенного третьего не выполняется.

Более того, континуум нельзя четко разделить на две части, состоящие из всех чисел меньше ½ и всех тех, которые больше или равны ½. «Если вы попытаетесь разрезать континуум пополам, это число x прилипнет к ножу, и оно не будет ни слева, ни справа», – сказал Пози. «Континуум вязкий; он липкий.

Гильберт сравнил удаление закона исключенного среднего из математики с «запрещением боксеру использовать кулаки», потому что этот принцип лежит в основе многих математических выводов.Хотя интуиционистская концепция Брауэра привлекала и очаровывала таких, как Курт Гёдель и Герман Вейль, стандартная математика с ее действительными числами преобладает из-за простоты использования.

Гисин впервые столкнулся с математикой-интуиционистом на встрече в мае прошлого года, на которой присутствовал Пози. Когда эти двое разговорились, Гисин быстро увидел связь между неупорядоченными десятичными цифрами чисел в этой математической структуре и физическим понятием времени во Вселенной. Материализуемые цифры, казалось, естественным образом соответствовали последовательности моментов, определяющих настоящее, когда неопределенное будущее становится конкретной реальностью.Отсутствие закона исключенного третьего сродни недетерминированным суждениям о будущем.

В работе, опубликованной в декабре прошлого года в журнале Physical Review A , Гисин и его сотрудник Флавио Дель Санто использовали интуиционистскую математику, чтобы сформулировать альтернативную версию классической механики, которая делает те же прогнозы, что и стандартные уравнения, но рассматривает события как недетерминированные, создавая картина вселенной, в которой происходит неожиданное и разворачивается время.

Это немного похоже на погоду.Вспомните, что мы не можем точно предсказать погоду, потому что мы не знаем начальных условий каждого атома на Земле с бесконечной точностью. Но в недетерминированной версии истории Гизина этих точных цифр никогда не существовало. Интуиционистская математика фиксирует это: цифры, которые еще точнее определяют состояние погоды и определяют ее дальнейшее развитие в будущем, выбираются в реальном времени по мере того, как это будущее разворачивается в последовательности выбора. Ренато Реннер, квантовый физик из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, сказал, что аргументы Гизина «указывают на то, что детерминированные предсказания в целом принципиально невозможны.

Другими словами, мир недетерминирован; будущее открыто. Время, сказал Гисин, «не разворачивается, как фильм в кинотеатре. Это действительно творческое начало. Новые цифры действительно появляются с течением времени ».

Фэй Доукер, теоретик квантовой гравитации из Имперского колледжа Лондона, сказала, что она «очень сочувствует» аргументам Гизина, поскольку «он на стороне тех из нас, кто думает, что физика не согласуется с нашим опытом и, следовательно, чего-то не хватает. ” Даукер соглашается, что математические языки формируют наше понимание времени в физике, и что стандартная гильбертовская математика, которая рассматривает действительные числа как завершенные объекты, «определенно статична.Он носит вневременной характер, и это определенно является ограничением для нас, физиков, если мы пытаемся включить что-то столь же динамичное, как наше восприятие течения времени ».

Для таких физиков, как Даукер, которые интересуются связями между гравитацией и квантовой механикой, одним из наиболее важных следствий этого нового взгляда на время является то, как оно начинает соединять то, что долгое время считалось двумя несовместимыми взглядами на мир. «Одно из следствий этого для меня, – сказал Реннер, – состоит в том, что классическая механика в некотором роде ближе к квантовой механике, чем мы думали.

Если физики собираются разгадать тайну времени, они должны бороться не только с пространственно-временным континуумом Эйнштейна, но и со знанием того, что Вселенная в своей основе является квантовой, управляемой случайностью и неопределенностью. Квантовая теория рисует совершенно иную картину времени, чем теория Эйнштейна. «Две наши большие теории по физике, квантовая теория и общая теория относительности, делают разные утверждения», – сказал Реннер. Он и несколько других физиков заявили, что это несоответствие лежит в основе борьбы за создание квантовой теории гравитации – описания квантового происхождения пространства-времени – и за понимание того, почему произошел Большой взрыв.«Если я посмотрю на то, где у нас есть парадоксы и какие у нас проблемы, в конце концов, они всегда сводятся к этому понятию времени».

Время в квантовой механике жестко, не изгибается и связано с измерениями пространства, как в теории относительности. Кроме того, измерения квантовых систем «делают время в квантовой механике необратимым, тогда как в противном случае теория полностью обратима», – сказал Реннер. «Итак, время играет роль в этом вопросе, которого мы до сих пор не понимаем».

Многие физики интерпретируют квантовую физику как утверждающую, что Вселенная недетерминирована.«Для Криссакса у вас есть два атома урана: один из них распадается через 500 лет, а другой – через 1000 лет, и все же они полностью идентичны во всех отношениях», – сказала Нима Аркани-Хамед, физик из Института. для углубленного изучения в Принстоне, штат Нью-Джерси. «Во всех смыслах Вселенная не детерминирована».

Тем не менее, другим популярным интерпретациям квантовой механики, включая многомировую интерпретацию, удается сохранить классическое детерминированное понятие времени.Эти теории рассматривают квантовые события как разыгрывание предопределенной реальности. Многие миры, например, сказали, что каждое квантовое измерение делит мир на несколько ветвей, которые реализуют все возможные исходы, все из которых были установлены заранее.

Идеи Гисина идут другим путем. Вместо того, чтобы пытаться превратить квантовую механику в детерминированную теорию, он надеется предоставить общий, недетерминированный язык как для классической, так и для квантовой физики. Но этот подход существенно отличается от стандартной квантовой механики.

В квантовой механике информацию можно перетасовывать или перемешивать, но нельзя создавать или уничтожать. Тем не менее, если цифры в числах, определяющих состояние Вселенной, со временем будут расти, как предлагает Гизин, то появляется новая информация. Гисин сказал, что он «полностью» отвергает представление о том, что информация сохраняется в природе, в основном потому, что «очевидно, что в процессе измерения создается новая информация». Он добавляет: «Я говорю, что нам нужен другой взгляд на все эти идеи.

Этот новый способ мышления об информации может предложить решение информационного парадокса черных дыр, который спрашивает, что происходит с информацией, поглощаемой черными дырами. Общая теория относительности подразумевает, что информация уничтожается; квантовая теория утверждает, что это сохраняется. Отсюда парадокс. Если другая формулировка квантовой механики с точки зрения интуиционистской математики позволяет создавать информацию с помощью квантовых измерений, возможно, она также позволяет уничтожать информацию.

Джонатан Оппенгейм, физик-теоретик из Университетского колледжа Лондона, считает, что информация действительно теряется в черных дырах.Он не знает, будет ли интуиционизм Брауэра ключом к тому, чтобы продемонстрировать это, как утверждает Гизин, но он сказал, что есть основания полагать, что создание и уничтожение информации может быть глубоко связано со временем. «Информация уничтожается по мере того, как вы продвигаетесь вперед во времени; он не разрушается, когда вы перемещаетесь в космосе, – сказал Оппенгейм. Измерения, составляющие блочную вселенную Эйнштейна, очень отличаются друг от друга.

Наряду с поддержкой идеи творческого (и, возможно, разрушительного) времени, интуиционистская математика также предлагает новую интерпретацию нашего сознательного восприятия времени.Напомним, что в этой структуре континуум липкий, его невозможно разрезать на две части. Гизин связывает эту липкость с нашим ощущением, что настоящее «толстое» – существенный момент, а не точка нулевой ширины, которая четко отделяет прошлое от будущего. В стандартной физике, основанной на стандартной математике, время – это непрерывный параметр, который может принимать любое значение на числовой прямой. «Однако, – сказал Гисин, – если континуум представлен интуиционистской математикой, то время нельзя разрезать пополам». По его словам, он густой, «в том же смысле, что и мед.

Пока что это просто аналогия. Оппенгейм сказал, что у него «хорошее предчувствие по поводу того, что настоящее густо. Не понимаю, почему у нас такое чувство.

Идеи Гизина вызвали ряд откликов со стороны других теоретиков, все с их собственными мысленными экспериментами и интуицией относительно времени, которое должно продолжаться.

Несколько экспертов согласились с тем, что реальные числа не кажутся физически реальными, и что физикам нужен новый формализм, который не полагался бы на них. Ахмед Альмхейри, физик-теоретик из Института перспективных исследований, изучающий черные дыры и квантовую гравитацию, сказал, что квантовая механика «исключает существование континуума.Квантовая математика объединяет энергию и другие величины в пакеты, которые больше похожи на целые числа, чем на континуум. А внутри черных дыр усекаются бесконечные числа. «Может показаться, что черная дыра имеет постоянно бесконечное количество внутренних состояний, но [они] отсекаются», – сказал он, из-за эффектов квантовой гравитации. «Настоящих чисел не может быть, потому что их нельзя спрятать внутри черных дыр. В противном случае они смогли бы скрыть бесконечное количество информации ».

Санду Попеску, физик из Бристольского университета, который часто переписывается с Гизином, согласен с его индетерминистским мировоззрением, но сказал, что не убежден в необходимости интуиционистской математики.Попеску возражает против идеи, что цифры действительных чисел считаются информацией.

Аркани-Хамед счел использование Гизином интуиционистской математики интересным и потенциально актуальным для таких случаев, как черные дыры и Большой взрыв, где гравитация и квантовая механика вступают в явное противоречие. «Эти вопросы – о числах как конечных или фундаментальных вещах, которые существуют, или о том, бесконечно много цифр, или о том, что цифры создаются по мере того, как вы продолжаете, – сказал он, – могут быть связаны с тем, как мы должны в конечном итоге думать о космологии в ситуациях. где мы не знаем, как применять квантовую механику.Он также видит необходимость в новом математическом языке, который мог бы «освободить» физиков от бесконечной точности и позволить им «все время говорить о вещах, которые немного нечеткие».

Идеи Гизина находят отклик во многих уголках мира, но все же нуждаются в конкретизации. В дальнейшем он надеется найти способ переформулировать теорию относительности и квантовую механику в терминах конечной, нечеткой интуиционистской математики, как он это сделал с классической механикой, что потенциально приблизит теории. У него есть некоторые идеи о том, как подойти к квантовой стороне.

Один из способов, которым бесконечность поднимает голову в квантовой механике, – это «проблема хвоста»: попробуйте локализовать квантовую систему, такую ​​как электрон на Луне, и «если вы сделаете это с помощью стандартной математики, вы должны признать, что Электрон на Луне имеет сверхмалую вероятность быть обнаруженным и на Земле », – сказал Гисин. «Хвост» математической функции, представляющей положение частицы, «становится экспоненциально малым, но отличным от нуля».

Но Гисин задумался: «Какую реальность мы должны приписать сверхмалому числу? Большинство экспериментаторов сказали бы: «Положите все на ноль и прекратите сомневаться.Но, возможно, более теоретически ориентированные скажут: «Хорошо, но согласно математике там что-то есть».

«Но теперь это зависит от того, какая математика», – продолжил он. «Классическая математика, что-то есть. В интуиционистской математике нет. Ничего нет.” Электрон находится на Луне, и его шансы появиться на Земле, по сути, равны нулю.

С тех пор, как Гисин впервые опубликовал свою работу, будущее стало еще более неопределенным. Теперь каждый день для него как воскресенье, поскольку мир охватил кризис.Вдали от лаборатории и не может видеть своих внучек, кроме как на экране, он планирует продолжать думать, дома с кружкой чая и видом на сад.

Когда началась Вселенная, сколько это было времени?

Поэты часто думают о времени как о реке, свободном потоке, несущем нас от лучезарного утра рождения к золотым сумеркам старости. Это промежуток, который отделяет нежный весенний бутон от пышного летнего цветка.

Физики думают о времени в несколько более практических терминах.Для них время – средство измерения изменений – бесконечная серия мгновений, которые, нанизанные вместе, как бусы, превращают неопределенное будущее в настоящее, а настоящее – в определенное прошлое. Само понятие времени позволяет исследователям вычислить, когда комета будет вращаться вокруг Солнца или как сигнал проходит через кремниевый чип. Каждый шаг во времени дает возможность взглянуть на эволюцию бесчисленных явлений природы.

Другими словами, время – это инструмент. Фактически, это был первый научный инструмент. Теперь время можно разрезать на кусочки толщиной в одну десятитриллионную долю секунды.Но что нарезают? В отличие от массы и расстояния, время не может быть воспринято нашими физическими чувствами. Мы не видим, не слышим, не чувствуем запаха, не касаемся и не ощущаем вкус времени. И все же мы это как-то измеряем. Пока группа теоретиков пытается расширить и уточнить общую теорию относительности, важнейший закон тяготения Эйнштейна, они сталкиваются с проблемой времени. Большая проблема.

«Это кризис, – говорит математик Джон Баэз из Калифорнийского университета в Риверсайде, – и решение может потребоваться. физика в новом направлении.«Не физика нашего повседневного мира. Секундомеры, маятники и водородные мазерные часы будут продолжать хорошо отслеживать природу здесь, в наших низкоэнергетических земных окрестностях. Кризис возникает, когда физики пытаются объединить макромир – вселенную в ее грандиозном масштабе – с микрокосмом субатомных частиц.

При Ньютоне время было особенным. Каждый момент отсчитывался универсальными часами, которые стояли отдельно от исследуемого явления. В общей теории относительности это уже неверно.Эйнштейн заявил, что время не является абсолютным – нет особых часов – и его уравнения, описывающие, как работает сила гравитации, учитывают это. Его закон всемирного тяготения выглядит одинаково независимо от того, какие часы вы используете в качестве измерителя. «В общей теории относительности время совершенно произвольно», – объясняет физик-теоретик Кристофер Ишем из Имперского колледжа в Лондоне. «Фактические физические предсказания, которые вытекают из общей теории относительности, не зависят от вашего выбора часов.Прогнозы будут одинаковыми независимо от того, используете ли вы часы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, или часы, тихо сидящие дома на полке.

Однако выбор часов по-прежнему имеет решающее значение в других областях физики, особенно в квантовой механике. Оно играет центральную роль в знаменитом волновом уравнении Эрвина Шредингера 1926 года. Уравнение показывает, как субатомную частицу, движущуюся в одиночку или вокруг атома, можно представить как совокупность волн, волновой пакет, который движется от точки к точке в пространстве. пространство и от момента к моменту во времени.

Согласно концепции квантовой механики, энергия и материя разделены на дискретные части, называемые квантами, чьи движения скачкообразны и расплывчаты. Они безумно колеблются. Поведение этих частиц не может быть определено точно, как траектория ракеты. Используя волновое уравнение Шредингера, вы можете рассчитать только вероятность того, что частица – волновой пакет – достигнет определенного положения или скорости. Эта картина настолько отличается от мира классической физики, что даже Эйнштейн возражал против ее неопределенности.Он заявил, что никогда не может поверить, что Бог будет играть в кости с миром.

Мы не видим, не слышим, не чувствуем запаха, не касаемся и не ощущаем вкус времени. И все же мы это как-то измеряем.

Можно сказать, что квантовая механика привнесла в физику нечеткость: вы можете определить точное положение частицы, но с компромиссом; его скорость тогда не может быть очень хорошо измерена. И наоборот, если вы знаете, с какой скоростью движется частица, вы не сможете точно знать, где она находится. Вернер Гейзенберг лучше всего резюмировал эту странную и экзотическую ситуацию своим знаменитым принципом неопределенности.Но все это действие, каким бы неопределенным оно ни было, происходит на фиксированной сцене пространства и времени, устойчивой арене. Надежные часы всегда рядом – на самом деле всегда необходимы – чтобы отслеживать происходящее и, таким образом, позволять физикам описывать, как меняется система. По крайней мере, так сейчас ставятся уравнения квантовой механики.

И в этом суть проблемы. Как ожидается, что физики объединят один закон физики, а именно гравитацию, не требующий специальных часов, чтобы делать свои предсказания, с субатомными правилами квантовой механики, которые продолжают работать в универсальных, ньютоновских временных рамках? В некотором смысле, каждая теория идет в такт другому барабанщику (или тиканью разных часов).

Вот почему все начинает сходить с ума, когда вы пытаетесь совместить эти две области физики. Хотя масштабы, в которых вступает в игру квантовая гравитация, настолько малы, что современные технологии не могут напрямую измерить эти эффекты, физики могут их вообразить. Поместите квантовые частицы на упругий и гибкий мат пространства-времени, и он будет изгибаться и складываться, как резина. И эта гибкость сильно повлияет на работу любых часов, отслеживающих частицы. Часы, попавшие в эту крошечную субмикроскопическую область, вероятно, будут напоминать маятниковые часы, работающие среди тряски и толчков землетрясения.«Здесь сама арена подвергается квантовым эффектам, и человеку не на чем стоять», – объясняет Ишам. «Вы можете оказаться в ситуации, когда у вас вообще нет понятия о времени». Но квантовые вычисления зависят от уверенного ощущения времени.

Карел Куча, генеральный релятивист и почетный профессор Университета штата Юта, считает, что ключ к измерению квантового времени состоит в том, чтобы с помощью умной математики разработать подходящие часы – то, что он предпринимал неоднократно в течение нескольких десятилетий.Консерватор по своей природе, Куча считает, что лучше придерживаться того, что вы знаете, прежде чем переходить к более радикальным решениям. Поэтому он искал то, что можно было бы назвать субмикроскопической версией ньютоновских часов, квантовый хронометр, который можно использовать для описания физики, происходящей в необычной сфере, управляемой квантовой гравитацией, такой как внутренности черной дыры или первая момент создания.

В отличие от часов, используемых в повседневной физике, гипотетические часы Куча не стояли бы в углу, независимо от того, что происходит вокруг них.Он будет установлен в крошечной плотной системе, в которой правит квантовая гравитация, и будет ее неотъемлемой частью. У этого статуса инсайдера есть свои подводные камни: часы будут меняться по мере изменения системы, поэтому, чтобы отслеживать время, вам нужно выяснить, как отслеживать эти изменения. В каком-то смысле это все равно, что открывать наручные часы и проверять их работу каждый раз, когда вы хотите к ним обратиться.

Наиболее частыми кандидатами на роль этого особого типа часов являются просто «материальные часы».«Это, конечно, те часы, к которым мы привыкли с незапамятных времен. Все часы вокруг нас состоят из материи », – отмечает Куча. В конце концов, обычное хронометрирование означает выбор некоторой материальной среды, такой как набор частиц или жидкости, и отметка ее изменений. Но с помощью ручки и бумаги Куча математически переносит материальные часы в область квантовой гравитации, где гравитационное поле чрезвычайно велико и те вероятностные квантово-механические эффекты начинают возникать.Он берет время там, где раньше не ходили часы.

Математика живых существ

Сидни Перковиц

Трудно спорить со знаменитым авторитетным Oxford English Dictionary, но его определение физики как «отрасли науки, связанной с природой и свойствами неживой материи и энергии» является неполным, потому что физика изучает живые существа как … ПРОЧИТАТЬ БОЛЬШЕ

Но по мере того, как вы входите в эту область, говорит Куча, «материя становится все плотнее и плотнее.«И это ахиллесова пята для любой формы материи, выбранной в качестве часов в этих экстремальных условиях; в конце концов он раздавлен. Это может показаться очевидным с самого начала, но Куча должен точно изучить, как часы ломаются, чтобы он мог лучше понять процесс и разработать новые математические стратегии для построения своих идеальных часов.

В качестве квантовых часов более многообещающей является геометрия самого пространства: отслеживание изменяющейся кривизны пространства-времени по мере расширения молодой Вселенной или образования черной дыры.Куча предполагает, что такое свойство все еще можно измерить в экстремальных условиях квантовой гравитации. Расширяющийся космос предлагает простейший пример этой схемы. Представьте крошечную младенческую вселенную в виде надувного воздушного шара. Вначале его поверхность резко изгибается. Но по мере того, как воздушный шар взрывается, кривизна его поверхности становится все мельче и мельче. «Изменяющаяся геометрия, – объясняет Куча, – позволяет вам видеть, что вы находитесь в один момент времени, а не в другой». Другими словами, он может работать как часы.

К сожалению, каждый тип часов, которые Куча исследовал до сих пор, приводит к разному квантовому описанию, разным предсказаниям поведения системы. «Вы можете сформулировать свою квантовую механику относительно одних часов, которые вы помещаете в пространство-время, и получить один ответ», – объясняет Куча.

«Но если вы выберете другой тип часов, возможно, основанный на электрическом поле, вы получите совершенно другой результат. Трудно сказать, какое из этих описаний правильное.”

Это все равно что открывать наручные часы и проверять их работу каждый раз, когда вы хотите к ним обратиться.

Более того, выбранные часы не должны со временем рассыпаться. Квантовая теория предполагает, что есть предел тому, насколько хорошо вы можете разрезать пространство. Наименьшее квантовое зерно в пространстве, которое только можно вообразить, имеет ширину 10 ^-33 сантиметров, это длина Планка, названная в честь Макса Планка, изобретателя кванта. В этом бесконечно малом масштабе холст пространства-времени становится неровным и беспорядочным, как белые шапки на бушующем море.Пространство и время разъединяются и начинают мигать, появляясь и исчезая в вероятностной пене. Время и пространство в том виде, в каком мы их знаем, уже нелегко определить. Это момент, когда физика становится неизвестной, и теоретики начинают ходить по зыбкой почве. Как указывает физик Пол Дэвис в своей книге О времени : «Вы должны представить себе все возможные геометрии – все возможные пространственно-временные деформации, искривления пространства и деформации времени – смешанные вместе в своего рода коктейль, или« пену »».

Only полностью разработанная теория квантовой гравитации покажет, что на самом деле происходит на этом невообразимо малом уровне пространства-времени.Куча предполагает, что некоторое свойство общей теории относительности (пока неизвестное) не будет претерпевать квантовых флуктуаций в этой точке. Что-то могло держаться и не отклеиваться. Если это правда, такая собственность могла бы служить надежными часами, которые Куча так долго искал. И с этой надеждой Куча продолжает исследовать, одну за другой, различные возможности.

Куча пытался превратить общую теорию относительности в стиль квантовой механики, чтобы найти для нее специальные часы. Но некоторые другие физики, пытающиеся понять квантовую гравитацию, считают, что пересмотр должен произойти наоборот – что квантовая гравитация должна быть изменена по подобию общей теории относительности, где время отодвинуто на второй план.Карло Ровелли – сторонник этой точки зрения.

Забудьте о времени, – решительно заявляет Ровелли. «Время – это просто экспериментальный факт». Ровелли, физик из Центра теоретической физики во Франции, работает над подходом к квантовой гравитации, который, по сути, вне времени. Чтобы упростить вычисления, он и его сотрудники, физики Абхай Аштекар и Ли Смолин, создали теоретическое пространство без часов. Таким образом, они смогли переписать общую теорию относительности Эйнштейна, используя новый набор переменных, чтобы его было легче интерпретировать и адаптировать для использования на квантовом уровне.

Их формулировка позволила физикам по-новому исследовать, как гравитация ведет себя в субатомном масштабе. Но возможно ли это вообще без привязки ко времени? «Сначала со специальной теорией относительности, а затем с общей теорией относительности наше классическое понятие времени только становилось все слабее и слабее», – отвечает Ровелли. «Мы думаем о времени. Нам это нужно. Но тот факт, что нам нужно время, чтобы поразмыслить, не означает, что это реальность ».

Ровелли считает, что если физики когда-нибудь найдут единый закон, связывающий все силы природы под одним знаменем, он будет написан без привязки ко времени. «Затем в определенных ситуациях, – говорит Ровелли, – например, когда гравитационное поле не очень сильное, реальность организует себя так, что мы воспринимаем поток, который мы называем временем».

Избавление от времени в самых фундаментальных законах физики, говорит Ровелли, вероятно, потребует грандиозного концептуального скачка, той же корректировки, которую пришлось сделать ученым 16-го века, когда Коперник поместил Солнце, а не Землю. центр вселенной.Поступая таким образом, польский священнослужитель эффективно приводил Землю в движение, хотя тогда было трудно представить, как Земля могла двигаться по орбите вокруг Солнца без того, чтобы ее обитатели были отброшены с поверхности. «В 1500-х годах люди думали, что движущаяся земля невозможна», – отмечает Ровелли.

Но, возможно, истинные правила вечны, в том числе и те, которые применяются к субатомному миру. В самом деле, сейчас идет движение по переписыванию законов квантовой механики, обновление, которое, помимо других квантовых головоломок, отчасти было вызвано проблемой времени.В рамках этой программы теоретики перефразировали самые основные уравнения квантовой механики, чтобы удалить любую прямую ссылку на время.

На мельчайших масштабах время не имело бы значения, точно так же, как картину пуантилистов, созданную из мазков краски, невозможно понять крупным планом.

Корни этого подхода можно проследить до процедуры, введенной физиком Ричардом Фейнманом в 1940-х годах, метода, который был расширен и расширен другими, в том числе Джеймсом Хартлом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и лауреатом Нобелевской премии по физике. Мюррей Гелл-Манн.

По сути, это новый взгляд на уравнение Шредингера. В первоначальном виде это уравнение позволяет физикам вычислить вероятность движения частицы непосредственно из точки A в точку B за определенные отрезки времени. Альтернативный подход, предложенный Фейнманом, вместо этого рассматривает бесконечное количество путей, которые частица предположительно могла бы пройти, чтобы добраться от A до B, независимо от того, насколько малы шансы. Время удалено как фактор; только потенциальные пути имеют значение.Суммируя эти потенциалы (некоторые пути более вероятны, чем другие, в зависимости от начальных условий), в конечном итоге вырисовывается конкретный путь.

Иногда этот процесс сравнивают с интерференцией волн. Когда две волны в океане объединяются, они могут усиливать друг друга (приводя к новой и большей волне) или полностью нейтрализовать друг друга. Точно так же вы можете думать об этих многих потенциальных путях как о взаимодействии друг с другом – некоторые улучшаются, другие уничтожаются, – чтобы создать окончательный путь.Что еще более важно, переменная времени больше не учитывается в расчетах.

Хартл адаптировал эту технику к своим исследованиям в квантовой космологии, усилию, в котором законы квантовой механики применяются к молодой Вселенной, чтобы различить ее эволюцию. Однако вместо того, чтобы иметь дело с отдельными частицами, он работает со всеми конфигурациями, которые могли бы описать эволюционирующий космос, бесконечное множество потенциальных вселенных. Когда он суммирует эти различные конфигурации – некоторые усиливают друг друга, другие нейтрализуют друг друга, – в конечном итоге возникает конкретное пространство-время.Таким образом, Хартл надеется получить ключи к разгадке поведения Вселенной в эпоху квантовой гравитации. Удобно, что ему не нужно выбирать специальные часы для выполнения физики: время исчезает как важная переменная.

Конечно, как указывает Ишам, «избавившись от времени, мы вынуждены объяснять, как мы возвращаемся в обычный мир, где время нас окружает». У теоретиков квантовой гравитации есть свои догадки. Как и Ровелли, многие начинают подозревать, что время вообще не имеет значения.Эта тема снова и снова звучит в различных подходах, направленных на решение проблемы времени. Они говорят, что время может больше походить на физическое свойство, такое как температура или давление. Давление не имеет значения, когда вы говорите об одной частице или одном атоме; понятие давления возникает только тогда, когда мы рассматриваем триллионы атомов. Понятие времени вполне может разделять эту статистическую особенность. В таком случае реальность напоминала бы картину пуантилистов. На мельчайшей шкале – длине Планка – время не имело бы значения, точно так же, как картину пуантилистов, созданную из мазков краски, невозможно постичь крупным планом.

Теоретики квантовой гравитации любят сравнивать себя с археологами. Каждый исследователь копает на разных участках, находя отдельный артефакт какого-то огромного подземного города. Полная находка еще не реализована. Теоретикам отчаянно нужны данные, экспериментальные доказательства, которые могли бы помочь им выбрать между различными подходами.

Это кажется невыполнимой задачей, требующей воссоздания адских условий Большого взрыва.Но не обязательно. Например, будущие поколения «гравитационно-волновых телескопов», инструментов, которые обнаруживают рябь в резиноподобном ковре пространства-времени, могут когда-нибудь уловить отражающийся гром Большого взрыва, реликвии с момента сотворения мира, когда впервые появилась сила гравитации. Такие волны могут дать важные ключи к разгадке природы пространства и времени.

«Всего [десятилетия] назад мы бы не поверили, что можно будет сказать, что произошло в первые 10 минут Большого взрыва», – отмечает Куча.«Но теперь мы можем сделать это, глядя на изобилие элементов. Возможно, если мы достаточно хорошо поймем физику в масштабе Планка, мы сможем искать определенные последствия – остатки, которые наблюдаются сегодня ». Если такие доказательства будут найдены, они приблизят нас к нашему происхождению и, возможно, позволят нам наконец понять, как пространство и время возникли из небытия около 14 миллиардов лет назад.

Марсия Бартусяк – писатель, журналист и преподаватель программы научных исследований Массачусетского технологического института.Она пишет об астрономии и физике.

Извлечено из Сообщений с Планеты 3: Тридцать два (кратких) рассказа о Солнечной системе, Млечном Пути и за его пределами. Марсия Бартусяк, новость из издательства Йельского университета. Авторские права © 2018 Марсия Бартусяк.

Кредит изображения: viki2win / Shutterstock.