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

Содержание

что это такое, понятие в физике, философии

Что такое время

Время — это одно из базисных понятий физики и философии, основополагающее свойство бытия, которое воплощается в форме движения, изменения и развития всего сущего.

Феномен времени интуитивно понятен каждому человеку, в представлении которого, время воплощается в человеческий опыт из прошлого, через настоящее в будущее. При этом, современная наука еще не сформировала единое определение понятия, так как в различных научных областях оно имеет свою специфику, функции и требует отдельного объяснения.

В системе СИ время измеряется в секундах и обозначается буквой t.

Время в философии

Время (в философии) — это фундаментальное свойство бытия, выраженное в форме движения, изменения и развития сущего из прошлого, через настоящее в будущее.

Понятие «время» концептуализирует необратимую изменчивость мира, процессуальный характер его существования, наличие в мире не только «вещей» (объектов, предметов), но и событий.

Феномен времени, издревле будоражащий умы человечества, является фундаментальной категорией философского знания. На протяжении веков люди стремятся ответить на вопрос о том, что такое время. Осмысление и значение этого понятия менялось от эпохи к эпохе, было написано много работ, статей, книг и выдвинуто сотни гипотез, через которые философы и ученые пытались познать сущность времени.

Как изменялось философское отношение ко времени в историческом процессе:

  1. В картине мира первобытного человека время представлялось цикличным, при этом чувство времени у первобытных племен практически отсутствовало. В их сознании большее значение имели такие факторы , как постоянство и стабильность, нежели изменения и длительность.
  2. В античной философии одним из первых мыслителей, которые изучали проблематику понятия, был Платон. Он определял время как движущийся образ вечности, который «возник вместе с небом». В трактате «Тимей» он осмыслял понятие как доказательство несовершенности и ущербности динамического мира, в противопоставление которому философ ставил вечность — характеристику неизменного и неподвижного мира богов. Развивая идеи Платона, Аристотель определял время как меру движения по отношению к прошлому и будущему. Эта формулировка, закрепленная в его труде «Физика», стала отправной точкой в естественнонаучном восприятии времени.
  3. Средневековью присуща теоцентрическая концепция времени, согласно которой, оно приобретает признаки постоянства и неотъемлемости. В средневековый период в Европе изобретаются механические часы, которые предназначались, в первую очередь, для точного выполнения религиозных ритуалов в монастырях.
  4. В философии Нового времени это понятие претерпевает существенные изменения, развившись в субстанциональную временную концепцию. В этой связи, особенное место занимает теория Ньютона, который разделял время на абсолютное и относительное. Первое — истинно математическое и протекает равномерно и без отношения к чему-то внешнему, второе — обыденное время, постигаемое чувствами и осознаваемое в категориях часа, дня, недели и т. д. Революционная для той эпохи, концепция времени принадлежит Канту, который выдвинул теорию о том, что время — это субъективное условие, необходимое для созерцания человеком мира и познания самого себя. Кенигсбергский философ характеризовал время как форму внутреннего чувства, которая познается через обращение к своему трансцендентальному Я.
  5. Современное понимание времени во многом основано на теории относительности Эйнштейна, которая полностью изменила сложившуюся парадигму, исключив абсолютизм времени. Согласно концепции ученого, время не существует вне бытия, а его свойства определяются бытием мира.

В современной философии проблематика времени остается актуальной и процесс понимания этого понятия до сих пор находится на стадии развития.

Время в физике

Время (в физике) — это непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения используется некая, обычно периодическая, последовательность событий, которая признаётся эталоном некоторого промежутка времени.

В классической физике, сложившейся до теории относительности Эйнштейна, время представляется равномерной и неизменной величиной. Считается, что все часы протекают с одинаковой скоростью, и люди воспринимают время одинаково. При этом, в данной теории не выделяется ось времени, так как обратное течение соответствует обычному. Проще говоря, идти по улице вперед — это то же самое, что идти назад. Такая концепция времени называется абсолютной, и именно на ее основе работает механизм часов.

В современной физике не существует определенной и точной концепции определения времени, но наиболее популярной является теория относительности Эйнштейна. Согласной ей, течение времени неоднородно, и зависит от движения выбранной системы отчета. Иначе говоря, часы ходят с разной скоростью, в зависимости от того, кто их носит.
Время в физике определяется через простую школьную формулу для равномерного движения, которая выявляет связь между пройденным расстоянием (s), скоростью (v) и временем (t):

\(t=\frac{s}{v}\)

Роль времени как величины 

В современном понимании, время является маркером для определения событий. Понятием, которым мы характеризуем наше прошлое, настоящее и будущее, а также измеряем такие повторяющиеся процессы, как дни, ночи, перемещение звезд по небосводу и т. д. Продолжительность любого физического процесса, который происходит в некоторой точке, определяется при помощи часов, расположенных в той же точке.

Календарное время — физическое время, измеряемое в зависимости от системы единиц отчета, принятой в определенной культуре.

Современные системы счета основаны на процессе вращения Земли вокруг своей оси, ее обращения вокруг Солнца и обращения Луны вокруг Земли.

Так как эти процессы происходят в разных частях планеты и в разное время, для точек, расположенных на одном меридиане, время не отличается. Оно называется местным и подразумевает существование своего собственного времени на каждом отдельном меридиане.

Чтобы избежать путаницы, Землю поделили на 24 географических часовых пояса, в рамках которых установлено свое единое поясное время. При переходе из одного географического полюса в другой, единицы времени (секунда, минута) сохраняются, но меняется значение часов.

Также по земному шару проходит условная линия перемены дат, по разные стороны которой календарные даты отличаются на сутки, при этом часы и минуты остаются идентичными. К примеру, если двигаться через линию перемены дат с востока на запад, то дата переводится на один день вперед, а если наоборот, то на сутки назад.

Время по Гринвичу

Гринвичский меридиан — это нулевой меридиан, от которого ведется отсчет географической долготы.

До конца XIX века разные страны для начала отсчета долготы использовали свои национальные меридианы, но в 1884 году Гринвичский стал единым для всего мира. Он проходит через ось пассажного инструмента Гринвичской обсерватории в пригороде Лондона. Если вы захотите узнать часы по Гринвичу (GMT), вам сообщат Лондонское время. Обозначается оно как UT.

Применение всемирного времени обусловлено сложностями перевода одного местного времени в другое. А если у вас другие проблемы со временем, Феникс.Хелп поможет взять часть работы на себя.

Что мы знаем о часах? Что такое время? :: Класс!ная физика

Сначала загляни сюда и посмотри , что значит время в нашей жизни.
Самый первый измерительный прибор, с которым ты впервые столкнулся в своей жизни – это обыкновенные часы. От изобретения первых часов (солнечных ) до создания сложнейших атомных часов прошло пять с половиной тысяч лет.

Кстати, ты никогда не задумывался, почему на обычных часах стрелки идут слева направо? Оказывается, потому, что тень в солнечных часах шла в том же направлении. Поэтому современные часы и переняли это движение от своих предков. Вот если бы солнечные, а затем и механические часы были изобретены в Южном полушарии, все было бы наоборот!

«В одну и ту же реку нельзя войти дважды!» – сказал Гераклит Эфесский (VI-V в. до н. э.) о времени.

 

ЧТО ТАКОЕ «ВРЕМЯ» ?

«Время? Время дано. Это не подлежит обсужденью. Подлежишь обсуждению ты, разместившийся в нем…»
Н.Коржавин

Как до новой эры, так и в XX веке даже выдающиеся ученые не могли толком ответить на этот вопрос

Когда-то Аристотель сказал: “А что такое время и какова его природа, одинаково неясно как из того, что нам передано от других, так и из того, что нам пришлось разобрать раньше …”

Если полистать научно-популярные книги, то натолкнешься на «четырехмерное пространство – время», «стрелу времени», «волны времени», «необратимость времени», «машину времени» и тому подобное.

Ричард Фейнман предлагает не мучиться над поисками определений времени, а научиться как следует его измерять: « … быть может следует признать тот факт, что время – это одно из понятий , которое определить невозможно, и просто сказать, что это нечто известное нам: это то, что отделяет два последовательных события!»

Изобрели же люди часы, да еще какие! Водяные, солнечные, песочные, механические, кварцевые, атомные… Обнаружили подходящие периодические процессы, ввели эталоны времени, наловчились измерять ничтожно малые его промежутки. У понятия «время» еще много секретов. С их раскрытием ученые связывают новый взлет науки

…еще во втором веке до новой эры древнегреческий астроном Гиппарх сумел вычислить продолжительность земного года с завидной точностью -всего на 6 минут больше, чем установлено ныне.

.. .на протяжении лишь первой тысячи лет новой эры в Китае 70 раз проводились реформы календаря и 13 раз менялись системы летосчисления.

…были известны солнечные часы с линзой и пушкой. Увеличительное стекло фокусировало солнечные лучи на запале пушки и поджигало его в определенный момент — к примеру, в полдень. Пушка стреляла, возвещая всем в округе время.


…в древнегреческих водяных часах (клепсидре) время отсчитывалось по уровню воды в сосуде с небольшим отверстием. Чтобы вода вытекала равномерно, форма сосуда должна определяться уравнением четвертой степени.

…в одной альпийской деревне в мастерской часовщика висел плакат «Эти часы показывают точное время». Хозяин каждый день проверял часы по колоколу из обсерватории монастыря. Выяснилось, что тамошние монахи определяли время не по наблюдениям за звездами, а именно по этим часам в деревне.

…в средние века повсюду употреблялись песочные часы, а в Нюрнберге, например, местные щеголи носили их, прикрепив к колену.


…император Фридрих II получил в 1232 году в подарок от египетского султана часы «с колесами и грузами». Помимо времени, они показывали движение Солнца, Луны, планет и звезд.

…лишь в 1659 году Гюйгенсу удалось решить важную задачу создания часов, ход которых регулировался одним только изменением длины маятника. Однако не было недостатка в попытках оспорить его приоритет; так, итальянцы настаивали на том, что это изобретение принадлежит Галилею.

…в 1714 году английское правительство установило награду за создание морских часов для точного определения долготы. Размер награды зависел от достигнутой точности.

…в XVII веке важную роль в развитии оптики и механики сыграли вариационные принципы. Прежде всего, это принцип Ферма, гласивший, что свет всегда выбирает путь, требующий минимального времени, и задача И. Бернулли о брахистохроне — кривой наискорейшего спуска.


…на работу над уникальными часами в форме яйца российский изобретатель-самоучка И.Кулибин потратил два года. Часы состояли из 427 деталей, различимых только в лупу, отбивали каждые четверть часа и ежечасно «давали» представление крохотного театра с музыкой и колокольным звоном.

…расчеты, проведенные с помощью радиоактивных часов, основанных на оценке количества распавшихся атомов радиоактивного изотопа, позволяют узнать возраст Земли и всей Солнечной системы.


…пузырьковые камеры, служащие для детектирования элементарных частиц, позволили уже в пятидесятых годах нашего века определять среднюю продолжительность жизни частиц до величины порядка 10 секунды.

…проверить одно из замечательных следствий теории относительности — замедление времени в поле тяготения – удалось опытным путем в 1960 году. Для подтверждения эффекта потребовалась фантастическая точность -3 • 10~12 процента, что занесло эксперимент в «золотой фонд» самых тонких и искусных измерений современной физики.


…настоящей «машиной времени» вполне можно считать современный крупный телескоп – ведь с его помощью можно наблюдать за событиями, произошедшими миллиарды лет назад!
.. .до недавнего времени самыми точными атомными часами были американские — они не должны отстать или уйти вперед даже на секунду за ближайшие три миллиона лет. Однако в Германии готовы побить рекорд – погрешность новых часов составит одну секунду за миллиард лет!

Источник: ж. “Квант”


Другие страницы по теме “Что мы знаем о часах”:

Солнечные часы
Летние биочасы
Время “шесть ступней”
Водяные часы
Масляные часы
Огневые часы
Песочные часы
Механические часы
Электрические и электронные часы
Атомные часы
Самые, самые . … часы
История наручных часов
Солнечные часы со всего мира
Часы мастера Роджера Вуда
Мастерская Роджера Вуда
Любопытно, что …
Галерея солнечных часов (Сев. Америка)
Солнечные часы в России
Дополнение

Физико-технический факультет


Физико-технический факультет Тверского государственного университета является ведущим и системообразующим центром физического образования Верхневолжского региона, основным поставщиком научных и педагогических кадров высшей квалификации в области физики для научных организаций и образовательных учреждений всех рангов. В структуре ТвГУ физико-технический факультет является одним из классических вузообразующих естественно-научных факультетов, обладающих наиболее высококвалифицированными кадрами, высоким уровнем научных исследований, развитой материальной, экспериментальной и методологической базой.

В настоящее время на факультете ведется подготовка по следующим направлениям бакалавриата:

  • 03. 03.02 «Физика», профиль «Физика конденсированного состояния вещества»
  • 03.03.03 «Радиофизика», профиль «Физика и технология радиоэлектронных приборов и устройств»
  • 27.03.05 «Инноватика», профиль «Управление инновациями (по отраслям и сферам экономики)»

и по направлениям магистратуры:

  • 03.04.02 «Физика» , профиль «Физика конденсированного состояния вещества»
  • 03.04.03 «Радиофизика», профиль «Физика и технология радиоэлектронных приборов и устройств»

Основные даты развития физического образования в Тверском регионе связаны с историей факультета: открытие в 1917 году Тверского учительского института включающего физико- математический факультет; создание в 1921 году Тверского Педагогического Института, с физико-математическим отделением; образование в 1932 году физико-технического факультета, его последующая реорганизация в физико-математический (1942 г.) и в физический (1967 г.) факультет. В 1999 году уже в составе Тверского государственного университета физический факультет был преобразован в физико-технический факультет. В становлении факультета принимали участие такие известные в истории отечественной науки ученые как профессора В.К. Семенченко, И.С. Остапович, Б.А. Воронцов-Вельяминов, Б.А. Флоринский, лауреат Государственной премии 1951г., проф. Р.И. Янус, В.М. Брадис. В течение 15 лет деканом факультета являлся проф. Друин В.А., лауреат Ленинской премии за открытие новых сверхтяжелых элементов.

Исторически сложившимися направлениями фундаментальных и прикладных исследований, которые ведутся в настоящее время на факультете, являются исследования в области физики твердого тела, теоретической и молекулярной физики, а также в области физического материаловедения. Становление факультета и направлений научных исследований связано с именами заслуженных деятелей науки, профессоров Рудяка В.М., Мишина Д.Д., Щербакова Л.М., Смирнова Ю.М.

В настоящее время развиваются работы по разработке и развитию физических моделей процессов перемагничивания и формирования высококоэрцитивного состояния редкоземельных магнетиков (проф. Пастушенков Ю.Г.), по физике межфазных явлений и теории наноразмерных систем (проф. Самсонов В.М.), исследованию физических свойств и методов изучения сегнетоэлектрических, пироэлектрических и сегнетоэластических материалов (проф. Иванов В.В.), изучению связи свойств веществ со строением молекул (проф. Орлов Ю.Д.). Развиваются направления, связанные с изучением дефектности и оптических свойства кристаллов, симметрийные подходы к изучению физических свойств различных классов материалов функциональной электроники (проф. Смирнов Ю.М.). Одним из новых направлений факультета является информатика в физике. Направление, связанное с ядерной физикой, в настоящее время поддерживает проф. Околович В.Н., бывший вице-президент, академик Казахской НАН. Показательно, что в настоящее время три сотрудника факультета (проф. Самсонов В.М., Пастушенков Ю.Г и доц. Педько Б.Б.) являются членами научных советов РАН.

Факультет активно участвует в работе по грантам и федеральным программам в области приоритетных направлений науки и техники, реализует ряд научных и образовательных программ с партнерами в России и за рубежом. К наиболее крупным партнерам физико-технического факультета относятся: ОИЯИ, МГУ, ИК РАН, МИРЭА, ВНИИСИМС (г. Александров), ИХФ РАН, и более 20 других научных организаций РФ, а также Макс-Планк-Институт исследованя металлов (г. Штутгарт, ФРГ), Институт физики университета г. Оснабрюк (ФРГ), Международная научно-исследовательская лаборатория высоких магнитных полей и низких температур, г. Вроцлав (Польша), Электротехническая лаборатория Национального политехнического института Гренобля (Франция), Лаборатория Л. Нееля Франции и другие зарубежные научные центры.

Физики осуществили самую точную проверку релятивистского замедления времени: Наука и техника: Lenta.ru

Физики проверили точность, с которой специальная теория относительности (СТО) Эйнштейна предсказывает релятивистское замедление времени. Эксперимент – самый точный из проводившихся когда-либо в этой области – показал, что погрешность составляет менее одной десятимиллионной, сообщает журнал Science.

Эффект релятивистского замедления времени можно описать примерно следующим образом: представим себе, что наблюдатель А неподвижен, а наблюдатель Б движется относительного него. С точки зрения наблюдателя А, часы наблюдателя Б идут медленнее, чем его собственные часы.

Замедление времени начинает становиться значительным только при скоростях, сравнимых со скоростью света (см. иллюстрацию: при малых скоростях знаменатель дроби практически равен единице).

Именно на этом основано знаменитое предположение, что для астронавтов, совершающих гипотетическое космическое путешествие с огромной скоростью, время идет гораздо медленнее, чем для тех, кто остался на Земле.

Количественное описание замедления неоднократно проверялось экспериментально (впервые в 1938 году), канадские физики предприняли еще одну попытку. Они использовали известную методику анализа спектра возбужденных ионов, движущихся с околосветовой скоростью. Если для движущегося иона время, с нашей точки зрения, идет заметно медленнее, это отражается на частоте, с которой он излучает электромагнитные волны (свет). Измерив изменение частоты (приводящее и к изменению цвета), можно измерить замедление времени.

Используя ускоритель частиц в институте Макса Планка в Гейдельберге (Германия), ученые разогнали ионы лития до скорости, составляющей шесть процентов от скорости света, привели их при помощи лазера в возбужденное состояние и измерили частоту излучения. Погрешность результатов по сравнению с тем, что предсказывает СТО, составляет менее одной десятимиллионной. По утверждениям исследователей, их эксперимент в десять раз точнее лучших из проводившихся ранее и в сто тысяч раз точнее эксперимента 1938 года.

Откуда берётся время и почему нам кажется, что оно течёт? / Хабр

У Пола Давьеса [Paul Davies] есть, над чем задуматься. Он работает физиком в Аризонском государственном университете и ведёт исследования во многих областях, от абстрактных полей теоретической физики и космологии до астробиологии, изучения жизни за пределами Земли. Мы провели интервью с Давьесом, и разговор естественным образом перешёл на тему времени – один из давних его интересов.

Течение времени – реальность или иллюзия?

Течение времени – иллюзия, и, откровенно говоря, вряд ли многие учёные и философы с этим не согласятся. Причина иллюзорности видна, если остановится и задуматься – что это вообще означает, «течение времени»? Когда мы говорим, что что-то течёт наподобие реки, мы имеем в виду, что часть этой реки в какой-то момент находится в другом месте по отношению к моменту в прошлом. Иначе говоря, она движется во времени. Но время не может двигаться во времени – время это время. Многие люди ошибочно начинают полагать, что утверждение о том, что время не течёт, на самом деле говорит о том, что времени нет, что оно не существует. Это ерунда. Время существует. Мы измеряем его часами. Часы не измеряют течение времени, они измеряют интервалы времени. Естественно, существуют интервалы времени между различными событиями; именно эти и меряют часы.



Так откуда берётся это впечатление течения?

Могу предложить вам аналогию. Допустим, я встану, несколько раз повернусь, и затем остановлюсь. У меня будет полное впечатление того, что вся вселенная вращается. Я буду чувствовать, что она вращается – хотя я, разумеется, знаю, что это не так. Точно так же я ощущаю течение времени, но я, разумеется, знаю, что это не так. Вероятно, объяснение этой иллюзии связано с чем-то в вашей голове, и связано, вероятно, с памятью – откладыванием воспоминаний и т.п. Так что это чувство, которое у нас есть, но не свойство самого времени.

И ещё одно, что ошибочно предполагают люди: что отрицание течения времени есть отрицание асимметрии мира. Конечно же, события в мире происходят в направленной последовательности. Уроните яйцо на пол, и оно разобьётся. Вы не видели, чтобы яйца собирались обратно. Здания рушатся после землетрясений, и не встают из куч обломков. В повседневной жизни есть множество примеров асимметрии во времени, это свойство мира. Это не свойство времени, и объяснение тому нужно искать на очень ранних этапах жизни Вселенной, и в её начальных условиях. Это совершенно отдельная и уважительная тема.

Фундаментально ли время для Вселенной?

Время и пространство – это платформа, на которой мы формулируем все наши текущие теории о Вселенной, но есть сомнения по поводу того, являются ли они изначальными или же производными свойствами Вселенной. Может быть так, что фундаментальные законы Вселенной формулируются в терминах каких-либо подпространства и подвремени, а пространство-время вытекает из чего-то более фундаментального.

В повседневной жизни мы, очевидно, ощущаем трёхмерный мир и одномерное время. Но в Большом взрыве – мы точно не знаем, каким именно образом Вселенная появилась из Большого взрыва, но считаем, что к этому может иметь отношение квантовая физика – возможно, что это понятие, которое мы называем классическим пространством-временем, где всё вроде бы хорошо определено, тогда не существовало. Возможно, что не только мир материи и энергии, но и само пространство-время – результат особого раннего состояния Вселенной. Это нам неизвестно, этот вопрос изучается.

Может ли время быть производным?

Эта дихотомия по поводу того, что пространство-время может быть производным, вторичным свойством – что нечто получается из чего-то более примитивного, из чего-то, лежащего на самом дне описания природы – существовала ещё до того, как я начал свою карьеру. Джон Уилер был в этом уверен и писал об этом в 1950-х – о том, что может существовать некая предгеометрия, из которой проистекает геометрия, точно так же, как из атомов составляется огромное многообразие гибких тел – и люди работают с этой идеей.

Проблема в том, что у нас нет никаких возможных экспериментов в этой области. Можно придумать всякие математические модели, но их проверка выглядит довольно безнадёжной затеей. Думаю, это из-за того, что большинство людей считает, что если и есть какое-то непонятное подпространство и подвремя, то любой отход от нашей идеи непрерывного пространства-времени может проявить себя только на т.н. «планковских масштабах», что на 20 порядков меньше атомного ядра, и наилучшие наши инструменты в данный момент способны зондировать масштабы только на много порядков больше. Очень сложно представить, как мы можем добраться до планковских масштабов контролируемым способом.

Если существует несколько вселенных, синхронизированы ли у них часы?

Сравнение хода времени разными наблюдателями в разных местах – дело тонкое даже внутри нашей Вселенной. Скорость хода часов, допустим, вблизи поверхности чёрной дыры, будет сильно отличаться от скорости хода на Земле. Так что и во Вселенной нету общего времени.

Но если у нас есть мультивселенная, то проверить, отличаются ли собственные времена вселенных друг от друга, можно было бы только при наличии возможности передачи сигналов от одной вселенной к другой. Это зависит от модели мультивселенной. Моделей много, но в той, о которой часто рассуждают космологи – когда в некоей сверхструктуре появляются пузырьки вселенных – нет прямого способа сравнить ход часов в двух разных пузырьках.

Что вы думаете по поводу самых интересных их новых подвижек в понимании времени?

Особенно меня привлекает работа по восприятию времени, потому что я считаю, что эту область в ближайшем будущем ожидает быстрое продвижение. К примеру, есть известные эксперименты, в которых люди вроде бы делают свободный выбор в определённые моменты, а потом оказывается, что решение было принято чуть раньше, но их собственное восприятие времени и их действия были неким образом отредактированы мозгом. Когда мы наблюдаем за миром, то видим непротиворечивое и плавное развёртывание событий, но на самом деле органы чувств просто бомбардируют мозг, который собирает всё это вместе. Он это интегрирует и предоставляет уже последовательное изложение. Поэтому у нас и сохраняется такое ощущение, что мы всё контролируем и всё со всем сочетается. Но на самом деле это всё изложение, воссозданное уже после происшедших событий.

Что особенно удивительно, так это что люди реагируют гораздо быстрее мысли. Можно просто последить за работой пианиста или теннисиста, чтобы увидеть, что кажущаяся нам осознанность их действий: «мяч летит отсюда, мне лучше переместиться туда и ударить по нему»,- не может быть таковой. Времени на то, чтобы сигнал прошёл в мозг, потом через систему моторики и обратно, просто не хватит. И всё равно создаётся полное впечатление, что они наблюдают мир в реальном времени и всё контролируют. Мне кажется, что это весьма удивительно.

А есть ли что-нибудь новое по поводу времени в фундаментальной физике? Да не особенно. Есть новые идеи. Думаю, что фундаментальные проблемы никуда не делись. Одну мы уже обсудили: является ли время вторичным или фундаментальным свойством? Да и по поводу происхождения стрелы времени, асимметрии мира по времени, всё ещё идут споры. Мы знаем, что это надо отслеживать обратно к Большому взрыву, но на этом пути есть разные проблемы, которые мы до сих пор не решили. Но это всё теоретические и философские вопросы с точки зрения измерения времени и его природы.

Мы, конечно же, всегда ждём, что наши коллеги-экспериментаторы улучшат измерения времени. В какой-то момент они так хорошо научатся это делать, что мы наверняка увидим появление всяких необычных эффектов. Существует из ряда вон выходящая фундаментальная проблема – хотя законы физики по большей части симметричны во времени, есть один набор процессов, связанный со слабым взаимодействием, в котором происходит небольшой фундаментальный разлад этой симметрии к обращению времени в другую сторону. Но этот эффект играет важную роль. Думаю, в этом направлении есть ещё куда копать. Так что в физике частиц можно ещё проводить эксперименты, которые могут раскрыть это асимметрию к изменению направления времени, существующую в слабых взаимодействиях, и показать, как это всё увязывается со стрелой времени.

Ученые: у Вселенной есть двойник из антиматерии, где время течет в обратную сторону

  • Николай Воронин
  • Корреспондент по вопросам науки и технологий

Автор фото, peshkov

Наша Вселенная может быть лишь “зеркальным отражением” параллельного мира, созданного из антиматерии и несущегося в обратном направлении от Большого взрыва по шкале времени.

Революционная теория, предложенная канадскими учеными из Института теоретической физики, звучит как завязка фантастического романа, однако она помогает разрешить несколько парадоксов, не имеющих объяснения в современной науке.

Согласно новой модели, в момент Большого взрыва образовалось две “симметричные” вселенные. В одной – там, где живем мы, – время потекло привычным нам образом, а другая – зеркальная – стала с такой же скоростью удаляться в прошлое.

Канадским физикам нужно доработать еще немало деталей новой теории, но в целом их работа не вызывает очевидных противоречий – и была опубликована в журнале Американского физического общества.

Параллельный мир?

Согласно принятой на сегодняшний день теории, вся наша Вселенная – пространство, время и масса/энергия – появилась в результате Большого взрыва и с тех пор, вот уже почти 14 млрд лет, расширяется и остывает. Из элементарных частиц постепенно образовались атомы, а уже из них – всё известное вещество, включая звезды и нас самих.

Эволюцию вселенной и ее свойства изучает специальная наука – космология, основанная на общей теории относительности Эйнштейна и Стандартной модели. Однако ни та, ни другая не могут объяснить, почему, например, в видимой части Вселенной так много вещества и так мало антивещества – ведь в теории их должно быть поровну.

Для разрешения этого парадокса, известного как Барионная асимметрия Вселенной, было предложено несколько гипотез – в том числе за счет темной материи и черных дыр.

Объяснение, предложенное канадцами, куда проще – и позволяет объяснить все наблюдаемые явления, не нарушая уже существующих теорий.

Автор фото, L. Boyle/Perimeter Institute for Theoretical Physi

Подпись к фото,

Пунктирная линия посередине – Большой взрыв; горизонтальные стрелки – шкала времени

Новая модель предполагает, что Большой взрыв стал точкой симметрии, по разные стороны которой Вселенная и Антивселенная разлетелись во времени. Точно так же, как одновременно с рождением электрона в вакууме на свет появляется его античастица позитрон.

Просчитав все возможные пары, физики пришли к выводу, что Антивселенная должна быть чрезвычайно похожа на нашу. Однако не является ее точной копией (в полном соответствии с квантовым принципом неопределенности).

Последнее уточнение позволяет физикам избежать сложных философских вопросов – например, о свободе воли. Ведь в противном случае происходящее в параллельной Вселенной должно было бы зеркально отражаться в нашей – или наоборот.

Автор фото, ALLVISIONN

Подпись к фото,

Возможно, в параллельной Вселенной живет ваш двойник

Часы — урок. Физика, 7 класс.

солнечные часы, песочные часы, водяные часы, маятниковые часы, пружинные часы, атомные часы и др.

Рис. \(1\). Часы-свеча

Очень простые, но неточные часы. К тому же они расходуются (сгорают), и каждый раз их необходимо снова приобретать.

 

 

Рис. \(2\). Солнечные часы

 

Солнечные часы. 

Но что делать, если не светит солнце?

 

 

Рис. \(3\). Песочные часы

 

Песочные часыизмеряют интервалы времени.  Когда песок высыпается, часы необходимо переворачивать.

 

 

Рис. \(4\). Хронометр

 

В наше время для измерения интервалов времени используют хронометр.

 

 

Рис. \(5\). Водяные часы

 

Водяные часы.

  

  

  

Рис. \(6\). Пружинные часы

 

Пружинные часы, которые регулярно требуется заводить ключом.

 

 

Рис. \(7\). Пружина в часах

 

В основе механизма этих часов — взведенная пружина.

 

 

Рис. \(8\). Маятниковые часы

 

Маятниковые часы. Часы работают под воздействием прикреплённого к стержню маятника. Маятник колеблется, так как сила притяжения Земли старается вернуть маятник опять в вертикальное положение. Неизменное положение маятника обеспечивает гиря, которая медленно скользит вниз.

 

 

Рис. \(9\). Кварцевые часы

 

Кварцевые часы. Колебание кварцевого кристалла обеспечивает батарея.

 

 

Рис. \(10\). Кварцевые часы

 

Атомные часы (погрешность которых составляет 1 секунду за 150 миллионов лет).

Источники:

Рис. 2. Солнечные часы. © ЯКласс.
Рис. 3. Указание автора не требуется, 2021-08-16, Pixabay License, https://pixabay.com/images/id-2029613/.
Рис. 5. “Matsuzakaya’s 松坂屋 Time-Flow water clock by Bernard Gitton, at Yabachou Station, Nagoya City Subway Japan.” by Arjan Richter is licensed under CC BY 2.0.
Рис. 6. “Project 365 #299: 261013 The Times, They Are…” by comedy_nose is marked with CC PDM 1.0.
Рис. 7. Chetvorno, CC0, via Wikimedia Commons.
Рис. 8. “2006_02_23” by Dennis S. Hurd is marked with CC0 1.0 .
Рис. 9. Указание автора не требуется, 2021-08-16, Freeimages License, https://www.freeimages.com/ru/photo/pca-watch-1523143.
Рис. 10. NISTDakik at cs.wikipedia, Public domain, via Wikimedia Commons.

Физика времени – Что такое время?

В естественных науках время – это просто то, что показывают часы, но за этим скрывается целый ряд различных концепций времени, используемых в физике

Физика – единственная наука, которая явно изучает время, но даже физики согласны с тем, что время является одним из самые сложные свойства нашей Вселенной для понимания. Тем не менее, даже в самых современных и сложных физических моделях время обычно считается онтологически « базовым » или первичным понятием, не состоящим из чего-либо и не зависящим от чего-либо.

В науке время обычно определяется его измерением: это просто то, что показывают часы. В частности, физика часто требует экстремальных уровней точности измерения времени, что привело к требованию, чтобы время считалось бесконечно делимым линейным континуумом , а не , квантованным (т.е. состоящим из дискретных и неделимых единиц). Благодаря современным стандартам атомного времени, таким как TAI и UTC (см. Раздел «Стандарты времени») и сверхточным атомным часам (см. Раздел «Часы»), время теперь может быть измерено с точностью примерно 10 −15 секунд, что соответствует примерно Ошибка в 1 секунду примерно за 30 миллионов лет.

Но несколько различных концепций и приложений времени исследовались на протяжении веков в различных областях физики, и мы рассмотрим некоторые из них в этом разделе.

В нерелятивистской или классической физике обычно используется концепция времени абсолютного времени (также называемого ньютоновским временем по имени его самого известного сторонника), время, которое не зависит от любого воспринимающего, прогрессирует с последовательным темп для всех во всей вселенной, по сути незаметный и математический по своей природе.Это соответствует повседневному опыту большинства людей относительно того, как течет время.

Однако, с появлением теории относительности в начале 20-го века, релятивистское время стало нормой в физике. При этом учитываются такие явления, как замедление времени для быстро движущихся объектов, гравитационное замедление времени для объектов, попавших в экстремальные гравитационные поля, а также важную идею о том, что время на самом деле является лишь одним элементом четырехмерного пространства-времени .

Теория относительности также допускает, по крайней мере теоретически, перспективу путешествий во времени, и есть несколько сценариев, которые учитывают теоретические основы путешествия во времени. Существуют даже теоретические частицы, летящие во времени быстрее скорости света, такие как тахионов и нейтрино . Однако концепция путешествия во времени также несет с собой ряд парадоксов , и многие физики подвергают сомнению его вероятность и физическую практичность.

Квантовая механика произвела революцию в физике в первой половине 20-го, -го, века, и до сих пор представляет собой наиболее полную и точную модель Вселенной, которая у нас есть.Время, возможно, не является таким центральным понятием в квантовой теории, как в классической физике, и на самом деле не существует такого понятия, как «квантовое время» как таковое. Например, кажется, что время не разделено на дискретных квантов , как большинство других аспектов реальности. Однако различные интерпретации квантовой теории (например, Копенгагенская интерпретация , интерпретация многих миров и т. Д.) Имеют некоторые потенциально важные последствия для нашего понимания времени.

Большинство физиков согласны с тем, что время начиналось с , и что оно отсчитывается от Большого взрыва и действительно возникло вместе с ним около 13,8 миллиарда лет назад. Могут ли, как и когда закончиться время в будущем, является более открытым вопросом, в зависимости от различных представлений об окончательной судьбе вселенной и других умопомрачительных концепций, таких как мультивселенная .

Так называемая стрела времени относится к одностороннему направлению или асимметрии времени , что приводит к тому, что мы инстинктивно воспринимаем время как движущееся вперед от фиксированного и неизменного прошлого, хотя и настоящего, к неизвестному. и нефиксированное будущее.Эта идея имеет свои корни в физике, в частности, во втором законе термодинамики , хотя были выявлены и другие, часто связанные, стрелки времени.

>> Абсолютное время

Физика времени: Мюллер, Ричард А .: 9780393285239: Amazon.com: Книги

Лучшая книга Amazon за сентябрь 2016 года: Готовы ли вы поразить свой мозг? Тема времени и теории относительности звучит, ну, просто теоретически, пока вы не поймете, читая Now , что наши спутники GPS должны постоянно компенсировать замедление времени – иначе они отправили бы нам местоположение, которое неточно почти на милю и половина. Энтузиазм Мюллера физикой побуждает читателя осмыслить сложные идеи, такие как пространство-время, энтропия, гибкость пространства, лазейки для скорости света и его неприязнь к теории струн. Карикатуры Кэлвина и Гоббса и ссылки на Терминатор соседствуют с такими уравнениями, как Энтропия = k log W – но пусть это вас не пугает. Лучшие научно-популярные книги расширяют ваши знания, и Now делает еще один шаг вперед, расширяя ваши представления о так называемой реальности.Любовь Мюллера к физике очарует даже тех, кто не хочет иметь ничего общего с предметом, и еще более интересным является его скромность в отношении степени нашего нынешнего понимания того, как устроена Вселенная: «Я думаю, мы можем радоваться предположениям о том, что мы не заканчиваются важные вещи, которые нужно открыть “. С Now читатели найдут много вещей, которые расширят их мозг и подготовят их к следующему удивительному открытию. – Адриан Лян, Книжное обозрение Amazon “Сногсшибательные идеи требуют обмена. … [Мюллер] постулирует теорию, которая кажется одновременно правдоподобной и – что удивительно для книги с уравнениями – той, которую не стоит портить ».
Время

« Ричард Мюллер – ведущий физик, но он также интеллектуально беспокойный. Это мощная комбинация, способная генерировать трансформирующие идеи о нас самих и наших отношениях со вселенной. В книге « Сейчас: Физика времени » Мюллер выдвигает гипотезу о том, как само время может быть создано или уничтожено. Может, и правильно.Может это неправильно. Но по пути он дал вам мастер-класс о том, что такое время, как и почему мы воспринимаем его так, как мы ».
Нил деГрасс Тайсон, астрофизик и ведущий программы Cosmos: A Spacetime Odyssey

” Muller применил удивительно свежий и захватывающий подход к анализу времени. Со своей обычной ясностью и остроумием он исходит из прочно установленных принципов – каждый из них представляет собой увлекательную историю, – но когда он доходит до смысла потока времени и теперь он прокладывает новый путь. Я ожидаю разногласий! »
Сол Перлмуттер, лауреат Нобелевской премии по физике

« Может ли наука пролить свет на темные тайны времени? Ричард Мюллер думает, что это возможно, приводя свои доводы в этом ясном, вызывающем воспоминания и широкомасштабном исследовании того, как природа может порождать течение времени. Обязательно к прочтению всем, кто озабочен тем, почему, когда и когда ».
Тимоти Феррис, автор книги« Coming of Age in the Milky Way »

« Провокационная, сильно аргументированная книга о фундаментальной природе времени.Как космолог-экспериментатор, инициировавший некоторые из самых важных экспериментов нашего времени, Мюллер хорошо знает, где находятся пределы науки, и он держит нас заинтересованным своей способностью работать близко к этому пределу ».
Ли Смолин, автор of Time Reborn

«Сила этой книги заключается в опыте Мюллера в качестве лектора и учителя, который позволил ему описывать и объяснять сложные концепции с простотой. … [ Now ] представляет собой краткий мастер-класс для понимания основы физики.«
Наука

« Время, проведенное с Мюллером, изменит представление читателей о самом времени.… Расширяющее сознание предприятие к границам науки ― и за ее пределами! »
Список книг (помеченный рецензией)

“Разговорчивое чтение, которое даст вам о чем подумать поздно ночью. Страсть Мюллера к его теме проявляется на каждой странице ».
The Independent

Об авторе

Ричард А.Мюллер – профессор физики Калифорнийского университета в Беркли и автор бестселлеров Физика для будущих президентов . За свою выдающуюся работу в экспериментальной космологии он был удостоен стипендии Макартура «Гений» 1982 года, а также доли Премии за прорыв в области фундаментальной физики 2015 года за открытие темной энергии.

«Нет ни прошлого, ни будущего»: физик Карло Ровелли об изменении наших представлений о времени | Книги по науке и природе

Что мы знаем о времени? Язык говорит нам, что он «проходит», он движется, как большая река, неумолимо увлекая нас за собой, и, в конце концов, омывает нас своим берегом, пока продолжается, неудержимо. Время течет. Он всегда движется вперед. Или нет? Поэты также говорят нам, что время спотыкается, или ползет, или замедляется, а иногда даже кажется, что оно останавливается. Они говорят нам, что прошлое может быть неизбежным, имманентным объектам, людям или ландшафтам. Когда Джульетта ждет Ромео, время идет медленно: она жаждет, чтобы Фаэтон взял на себя бразды правления колесницей Солнца, так как он подгонит лошадей и «немедленно принесет пасмурную ночь». Проснувшись от яркого сна, мы смутно осознаем, что ощущение времени, которое мы только что пережили, иллюзорно.

Карло Ровелли – итальянский физик-теоретик, который хочет заставить непосвященных уловить волнение своей области. Его книга « Семь кратких уроков физики » с ее краткими и яркими эссе на такие темы, как черные дыры и кванты, разошлась по всему миру тиражом 1,3 миллиона экземпляров. Теперь идет «Порядок времени» , головокружительная поэтическая работа, в которой я обнаружил, что отказываюсь от всего, что, как мне казалось, я знал о времени, – безусловно, от идеи о том, что оно «течет», и даже о том, что оно вообще существует, в любом глубоком смысле.

Мы встречаемся у церкви Сан-Петронио в Болонье, где учился Ровелли. («Я люблю говорить, что, как и Коперник, я был студентом в Болонье и выпускником в Падуе», – шутит он.) Веселый, компактный парень лет за 60, Ровелли находится в ностальгическом настроении. Он живет в Марселе, где с 2010 года руководит группой по квантовой гравитации в Теоретическом центре физики. До этого он десять лет был в США, в Питтсбургском университете.

Карло Ровелли в Болонье.Фотография: Роберто Серра / Iguana Press / G / Iguana Press / Getty Images

Он редко бывает в Болонье и постоянно встречается со старыми друзьями. Мы идем в сторону университетской территории. Пьяцца Верди заполнена оживленной толпой студентов. Есть флаги, граффити и баннеры – антифашистские лозунги, что-то в поддержку курдов, знак, призывающий прохожих не забывать Джулио Регени, аспиранта из Кембриджа, убитого в Египте в 2016 году.

«В мои дни» это были баррикады и полиция », – говорит он.В то время он был страстным студенческим активистом. Чего хотели он и его друзья? “Маленькие вещи! Мы хотели мира без границ, без государства, без войны, без религии, без семьи, без школы, без частной собственности ».

Он был, как он теперь говорит, слишком радикальным, и это было тяжело, пытаться делиться имуществом, пытаться жить без ревности. А потом был ЛСД. Взял несколько раз. И это оказалось семенем его интереса к физике в целом и к вопросу времени в частности.«Это был чрезвычайно сильный опыт, который затронул меня также интеллектуально», – вспоминает он. «Среди странных явлений было ощущение остановки времени. В моей голове что-то происходило, но часы не шли вперед; время больше не текло. Это было полное нарушение структуры реальности. У него были галлюцинации деформированных объектов ярких и ослепительных цветов, но он также вспоминает, как думал во время опыта, фактически спрашивая себя, что происходит.

Как мне узнать, что обычное восприятие правильное, а это неправильное?

«И я подумал:« Ну, это химическое вещество, которое меняет вещи в моем мозгу. Но как мне узнать, что обычное восприятие правильное, а это неправильное? Если эти два способа восприятия настолько различны, что означает, что один из них правильный? »То, как он говорит о ЛСД, на самом деле очень похоже на его описание чтения Эйнштейна студентом на солнце. испек калабрийский пляж и, глядя на свою книгу, представляет мир не таким, каким он казался ему каждый день, а как дикое и волнообразное пространство-время, описанное великим физиком. Реальность, если цитировать название одной из его книг, не то, чем кажется.

Он говорит, что немного напугал своих консервативных родителей-веронцев. Его отец, которому сейчас за 90, был удивлен, когда лекторы молодого Карло сказали, что у него все в порядке, несмотря на длинные волосы, радикальные политические взгляды и случайные встречи с полицией. Именно после того, как оптимистичное ощущение студенческой революции в Италии внезапно прекратилось с похищением и убийством бывшего премьер-министра Альдо Моро в 1978 году, Ровелли начал серьезно относиться к физике. Но его путь к большой академической карьере был окольным и нетрадиционным.«Сейчас все волнуются, потому что работы нет. Когда я был молод, проблема заключалась в том, как избежать работы с . Я не хотел становиться частью «производственной системы», – говорит он.

Академия, таким образом, казалась способом избежать мира обычной работы, и в течение нескольких лет он следовал своему любопытству без каких-либо карьерных амбиций. Он поехал в Тренто на севере Италии, чтобы присоединиться к исследовательской группе, которая его интересовала, и несколько месяцев спал в своей машине («Я бы принял душ в отделении, чтобы быть приличным»).Он поехал в Лондон, потому что интересовался работами Криса Ишема, а затем в США, чтобы быть рядом с такими физиками, как Абхай Аштекар и Ли Смолин. «Моя первая статья была ужасно поздно по сравнению с тем, что молодой человек должен был бы делать сейчас. И это была привилегия – я знал больше, было больше времени ».

Альберт Эйнштейн проработал в швейцарском патентном бюро семь лет: «Этот мирской монастырь, где я вынашивал свои самые прекрасные идеи». Фотография: Keystone / Getty Images

Популярные книги тоже появились относительно поздно, после его академического исследования квантовых гравитация, опубликованная в 2004 году.Если Семь кратких уроков был ясным учебником, то Порядок времени идет дальше; он касается «того, что я действительно делаю в науке, что я действительно глубоко думаю, что для меня важно».

Работа Ровелли как физика, грубо говоря, занимает большое пространство, оставленное Эйнштейном, с одной стороны, и развитием квантовой теории, с другой. Если общая теория относительности описывает мир искривленного пространства-времени, в котором все непрерывно, то квантовая теория описывает мир, в котором взаимодействуют дискретные количества энергии.По словам Ровелли, «квантовая механика не может иметь дело с кривизной пространства-времени, а общая теория относительности не может учитывать кванты».

Обе теории успешны; но их кажущаяся несовместимость – открытая проблема, и одна из текущих задач теоретической физики – попытаться построить концептуальную основу, в которой они оба работают. Область теории петель Ровелли или петлевой квантовой гравитации предлагает возможный ответ на проблему, в которой само пространство-время понимается как гранулированная, тонкая структура, сотканная из петель.

Теория струн предлагает другой путь к решению проблемы. Когда я спрашиваю его, что он думает о возможности того, что его работа по петлевой квантовой гравитации может быть неправильной, он мягко объясняет, что дело не в том, чтобы ошибаться; быть частью разговора – вот в чем дело. И в любом случае: «Если вы спросите, у кого был самый длинный и самый поразительный список результатов, то это, без сомнения, Эйнштейн. Но если вы спросите, кто из ученых сделал больше всего ошибок, это все равно Эйнштейн ».

Как время вписывается в его работу? Время, как давно показал Эйнштейн, относительно – время течет медленнее для объекта, движущегося быстрее, чем, например, другого объекта.В этом относительном мире абсолютное «сейчас» более или менее бессмысленно. Таким образом, время – это не какое-то отдельное качество, которое бесстрастно течет вокруг нас. Время, по словам Ровелли, «часть сложной геометрии, сплетенной вместе с геометрией пространства».

Для Ровелли есть еще кое-что: согласно его теории, само время исчезает на самом фундаментальном уровне. Его теории просят нас принять представление о том, что время – это просто функция нашего «размытого» человеческого восприятия. Мы видим мир только сквозь темное стекло; мы наблюдаем игру теней Платона в пещере.Согласно Ровелли, наше неоспоримое восприятие времени неразрывно связано с тем, как ведет себя тепло. В книге «Порядок времени » он спрашивает, почему мы можем знать только прошлое, а не будущее? Ключ, по его мнению, – это однонаправленный поток тепла от более теплых объектов к более холодным. Кубик льда, брошенный в чашку горячего кофе, охлаждает кофе. Но этот процесс необратим: это улица с односторонним движением, как показывает второй закон термодинамики.

Теория струн предлагает альтернативу работе Ровелли в области петлевой квантовой гравитации.

Время, в нашем понимании, также улица с односторонним движением. Он объясняет это в связи с концепцией энтропии – меры беспорядка вещей. В прошлом энтропия была ниже. В будущем энтропия выше – больше беспорядка, больше возможностей. Колода карт будущего перетасована и неопределенна, в отличие от упорядоченной и аккуратно разложенной колоды карт прошлого. Но энтропия, тепло, прошлое и будущее – это качества, которые принадлежат не фундаментальной грамматике мира, а нашему поверхностному наблюдению за ним.«Если я наблюдаю микроскопическое состояние вещей, – пишет Ровелли, – тогда разница между прошлым и будущим исчезает… в элементарной грамматике вещей нет различия между« причиной »и« следствием »».

Чтобы понять это правильно, я могу предложить вам только прочитать книги Ровелли и быстро пройти мимо этого приближения того, кто с радостью бросил уроки физики в школе при первой же возможности. Однако оказывается, что я являюсь совершенным читателем Ровелли или одним из них, и он выглядит весьма довольным, когда я проверяю с ним свое недавно приобретенное понимание концепции энтропии.(«Вы сдали экзамен», – говорит он.)

«Я стараюсь писать на нескольких уровнях, – объясняет он. «Я думаю о человеке, который не только ничего не знает о физике, но и не интересуется этим. Думаю, я разговариваю со своей бабушкой, которая была домработницей. Я также думаю, что некоторые молодые студенты-физики читают его, и я также думаю, что некоторые из моих коллег читают его. Поэтому я стараюсь говорить на разных уровнях, но в моей голове остается человек, который ничего не знает ».

Его самые большие поклонники – это чистые доски, такие как я и его коллеги из университетов. Больше всего он подвергается критике со стороны людей среднего звена, «тех, кто немного разбирается в физике».Он также не очень любит школьную физику. («Рассчитывать скорость, с которой падает мяч – кого это волнует? В другой жизни я бы хотел написать школьную книгу по физике», – говорит он.) И он думает о разделении мира на «две культуры» естественного происхождения. естественных и гуманитарных наук «глупо». Это как взять Англию и разделить детей на группы, и вы рассказываете одной группе о музыке, а одной группе о литературе, и тому, кто разбирается в музыке, не разрешают читать романы, а тому, кто занимается литературой, не разрешают слушать музыку. .

В элементарной грамматике вещей нет различия между «причиной» и «следствием»

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.

Нарезка тонким слоем: Водородные мазерные часы отсчитывают время, используя так называемый сверхтонкий переход. Wikimedia Commons

«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.

Также по физике
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 ».

Другой взгляд на время: Некоторые физики считают, что время – это эмерджентное свойство многих частиц, таких как температура или давление.Toa55 / Shutterstock

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.

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *