Wielkie tajemnice fizyki: czy czas to iluzja?

Pierwszy odcinek nowego podcastu, Wielkie tajemnice fizykiZagłębia się w złożoną naturę czasu. Kwestionując tradycyjne pojęcie czasu jako absolutnego, badacze debatują nad teoriami, że czas jest względny i przeplata się z przestrzenią, co jest koncepcją sprzeczną z naszym subiektywnym doświadczeniem. Rozbieżność można przypisać wzrostowi entropii we wszechświecie, ale dlaczego wszechświat zaczął się od malejącej entropii, pozostaje tajemnicą. Aby rozwiązać ten problem, eksperci proponują dodatkowe badania, w tym usunięcie czasu z równań naukowych i zbadanie termodynamiki zegarów.

Bez poczucia czasu, które prowadzi nas od kołyski aż po grób, nasze życie nie miałoby sensu. Ale na najbardziej podstawowym poziomie fizycy nie są pewni, czy taki rodzaj czasu, jakiego doświadczamy, kiedykolwiek istnieje.

To temat pierwszego odcinka naszej nowej serii podcastów, Wielkie tajemnice fizyki. Gospodarzem jest Miriam Frankel, redaktor naukowy w The Conversation, przy wsparciu ze strony FQxIInstitute for Foundational Questions, rozmawiamy z trzema badaczami o naturze czasu.

Naukowcy od dawna zakładają, że czas jest absolutny i uniwersalny – taki sam dla wszystkich, wszędzie i istnieje niezależnie od nas. Nadal jest to traktowane w ten sposób w mechanice kwantowej, która rządzi maleńkim wszechświatem atomów i cząstek. Ale teorie względności Alberta Einsteina, które odnoszą się do natury w dużych skalach, pokazały, że czas jest względny, a nie absolutny — może przyspieszać lub zwalniać, na przykład w zależności od tego, jak szybko się poruszasz. Czas przeplata się także z przestrzenią w „czasoprzestrzeni”.

Teorie Einsteina umożliwiły naukowcom zobrazowanie wszechświata w nowy sposób: jako stałą czterowymiarową masę, z trzema wymiarami przestrzennymi (wysokość, szerokość, głębokość) i czasem jako czwartą ćwiartką. Ten blok zawiera jednocześnie całą przestrzeń i czas – a czas nie płynie. W masie nie ma teraz nic szczególnego – to, co dla jednego obserwatora wydaje się teraźniejszością, dla drugiego jest po prostu przeszłością.

Ale jeśli to prawda, to dlaczego nasze doświadczenie czasu podróżuje z przeszłości do przyszłości z taką siłą? Jedną z odpowiedzi jest to, że entropia, miara chaosu, we wszechświecie zawsze rośnie. Po przeanalizowaniu liczb, wyjaśnia Sean Carroll, fizyk z Johns Hopkins University w USA, okazuje się, że wczesny Wszechświat miał bardzo niską entropię. „[The universe] To było bardzo ustrukturyzowane i nieprzypadkowe i było trochę relaksujące, a od tego czasu stało się bardziej przypadkowe i chaotyczne”. To potencjalnie tworzy strzałkę czasu dla ludzkich obserwatorów.

Nie wiemy, dlaczego wszechświat zaczął się od tak niskiej entropii. Carol sugeruje, że może to być spowodowane Jesteśmy częścią wieloświata Zawiera wiele różnych wszechświatów. W takim świecie niektóre wszechświaty, statystycznie rzecz biorąc, powinny zaczynać od niskiej entropii.

Z drugiej strony Emily Adlam, filozof fizyki z Rotman Institute of Philosophy na University of Western Ontario w Kanadzie, uważa, że ​​tajemnica, dlaczego powstał nasz wszechświat o niskiej entropii, jest problemem, który ostatecznie wynika z faktu, że fizyka Jest pełen założeń o czasie.

„Osobiście jestem bardzo za powiedzeniem, że czas nie płynie” – wyjaśnia. „To rodzaj iluzji, która wynika ze sposobu, w jaki jesteśmy osadzeni w świecie”. Jej intuicja mówi, że na podstawowym poziomie wszystko dzieje się jednocześnie — nawet jeśli nam się tak nie wydaje.

Adlam argumentuje, że najlepszym sposobem zrozumienia czasu jest całkowite usunięcie go z naszych teorii natury – usunięcie go z równań. Co ciekawe, kiedy fizycy próbują zunifikować ogólną teorię względności z mechaniką kwantową w teorię wszystkiego „kwantowej grawitacji”, czas często znika z równań.

Eksperymenty mogą również pomóc rzucić światło na naturę czasu, pomagając przetestować różne kombinacje mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności. Natalia Ares, inżynier ds[{” attribute=””>University of Oxford, believes that studying the thermodynamics (the science of heat and work) of clocks may help. “By understanding clocks as machines, there are things that we can understand better about what the limits of timekeeping are,” she argues.

Host:

• Miriam Frankel, Podcast host, The Conversation

Interviewed:

• Emily Adlam, Postdoctoral Associate of the Philosophy of Physics, Western University
• Natalia Ares, Royal Society University Research Fellow, University of Oxford
• Sean Carroll, Homewood Professor of Natural Philosophy, Johns Hopkins University

This article was first published in The Conversation.