時間の謎
時間は常に問題でした。 まず、最も聡明な頭脳を持つ人でも、時間が実際に何なのかを理解するのは困難でした。 今日では、これをある程度理解しているように見えますが、多くの人は、少なくとも伝統的な意味では、それがなければもっと快適になると信じています。
「」アイザック・ニュートン著。 彼は、時間は数学的にのみ真に理解できると信じていました。 彼にとって、一次元の絶対時間と宇宙の三次元幾何学は客観的現実の独立した別個の側面であり、絶対時間の各瞬間に、宇宙のすべての出来事が同時に発生しました。
アインシュタインは特殊相対性理論によって同時時間の概念を取り除きました。 彼の考えによれば、同時性は出来事間の絶対的な関係ではありません。ある参照系で同時に存在するものは、別の参照系でも同時に存在するとは限りません。
アインシュタインの時間の理解の一例は、宇宙線からのミューオンです。 これは、平均寿命が 2,2 マイクロ秒の不安定な亜原子粒子です。 これは大気上層で形成され、崩壊するまでにわずか 660 メートル (光の速度 300 km/s) しか移動しないと予想されていますが、時間遅延効果により、宇宙ミューオンは地球の表面まで 000 キロメートルを超えて移動することができます。 そしてさらに。 。 地球との基準系では、ミュオンは高速であるため、より長く生存します。
1907 年、アインシュタインの元教師ヘルマン ミンコフスキーは、空間と時間を次のように導入しました。 時空は、粒子が宇宙内で相互に相対的に移動するシーンのように動作します。 ただし、このバージョンの時空は不完全でした (も参照してください： ）。 アインシュタインが 1916 年に一般相対性理論を導入するまで、重力は含まれていませんでした。 時空の構造は連続的で、滑らかで、物質とエネルギーの存在によって歪んで変形します (2)。 重力は、巨大な物体や他の形態のエネルギーによって引き起こされる宇宙の曲率であり、物体がたどる経路を決定します。 この曲率は動的であり、オブジェクトの移動に合わせて移動します。 物理学者のジョン・ウィーラーが言うように、「時空は動き方を伝えることで質量を引き継ぎ、質量は時空に曲がり方を伝えることで時空を引き継ぎます。」
2. アインシュタインの時空
時間と量子の世界
一般相対性理論では、時間の経過は連続的かつ相対的であると考えられ、選択されたスライスでは時間の経過は普遍的かつ絶対的であると考えられます。 60 年代、これまで相容れなかったアイデア、量子力学、一般相対性理論を組み合わせようとする試みが成功し、いわゆるホイーラー・デウィット方程式が誕生し、理論への一歩となりました。 量子重力。 この方程式は XNUMX つの問題を解決しましたが、別の問題を引き起こしました。 この方程式には時間は関与しません。 これは物理学者の間で時間の問題と呼ばれる大きな論争を引き起こしました。
カルロ・ロヴェッリ (3)、現代イタリアの理論物理学者は、この問題について明確な意見を持っています。 」と彼は「時間の秘密」という本の中で書いています。
3. カルロ・ロヴェッリと彼の本
量子力学のコペンハーゲン解釈に同意する人は、量子プロセスは時間的に対称であり、関数の波の崩壊から生じるシュレディンガー方程式に従うと信じています。 エントロピーの量子力学的バージョンでは、エントロピーが変化するときに流れるのは熱ではなく、情報です。 量子物理学者の中には、時間の矢の起源を発見したと主張する人もいます。 彼らは、素粒子が「量子もつれ」の形で相互作用するときに結合するため、エネルギーが散逸し、物体が整列すると言います。 アインシュタインは、同僚のポドルスキーとローゼンとともに、この行動は因果関係についての現地の実在主義的見解と矛盾するため、不可能であると考えました。 彼らは、互いに遠くにある粒子がどのようにして一度に相互作用することができるのかを尋ねました。
1964 年に、彼はいわゆる隠れ変数に関するアインシュタインの主張を反証する実験的テストを開発しました。 したがって、情報は絡み合った粒子間を実際に移動し、潜在的に光の移動よりも速く伝わると広く信じられています。 私たちが知る限り、時間は存在しません 絡み合った粒子 とします。
エルサレムのイーライ・メギディッシュ率いるヘブライ大学の物理学者グループは2013年、時間内に共存しない光子のもつれに成功したと報告した。 まず、最初のステップで、もつれた光子のペア 1-2 を作成しました。 その後間もなく、彼らは光子 1 の偏光 (光の振動方向を表す特性) を測定し、それによって光子を「死滅」させました (ステージ II)。 フォトン 2 は旅に出て、新しいもつれペア 3-4 が形成されました (ステップ III)。 次に、光子 3 は、もつれ係数が古いペア (2-1 および 2-3) から新しい組み合わせ 4-2 に「変化」するように、移動する光子 3 とともに測定されました (ステップ IV)。 しばらくして (ステージ V)、唯一生き残った光子 4 の極性が測定され、その結果が長く死んだ光子 1 の偏光と比較されます (ステージ II に戻ります)。 結果？ データは、光子 1 と 4 の間に「時間的に非局所的な」量子相関が存在することを明らかにしました。 これは、時間的に共存したことのない XNUMX つの量子システムでもつれが発生する可能性があることを意味します。
メギディッシュと彼の同僚は、結果の可能な解釈について推測せずにはいられません。 おそらく、ステップ II での光子 1 の偏光の測定が何らかの形で将来の光子 4 の偏光を方向付けるか、ステップ V での光子 4 の偏光の測定が何らかの形で光子 1 の以前の偏光状態を上書きする可能性があります。順方向と逆方向の両方で、量子相関は XNUMX つの光子の死と別の光子の誕生の間の因果的空白にまで広がります。
これはマクロスケールで何を意味するのでしょうか? 科学者たちは考えられる影響について議論し、私たちの星の光の観察が何らかの形で9億年前の光子の偏光を決定づけた可能性について語ります。
アメリカとカナダの物理学者のペア、カリフォルニア州チャップマン大学のマシュー・S・ライファーとオンタリオ州理論物理学ペリメーター研究所のマシュー・F・ピューシーは、数年前に、「我々がアインシュタインという事実に固執しなければ」と気づいた。 粒子に対して行われた測定は過去と未来に反映される可能性がありますが、この状況では無関係になります。 いくつかの基本的な仮定を再定式化した後、科学者たちは、空間が時間に変換されるベルの定理に基づいたモデルを開発しました。 彼らの計算は、時間は常に進んでいると仮定すると、なぜ私たちが矛盾につまずいてしまうのかを示しています。
カール・ロヴェッリによれば、人間の時間認識は熱エネルギーの挙動と密接に関係しています。 なぜ私たちは過去だけを知り、未来を知らないのでしょうか？ 科学者によれば、その鍵は、 暖かい物体から冷たい物体への一方向の熱の流れ。 熱いコーヒーの中に氷を入れるとコーヒーが冷やされます。 しかし、このプロセスは元に戻すことができません。 人間は一種の「熱力学機械」として、この時間の矢に従い、別の方向を理解することができません。 「しかし、微視的な状態を観察すると、過去と未来の違いはなくなります…物事の初歩的な文法では、原因と結果の区別はありません。」とロヴェッリは書いています。
量子分数で測定される時間
それとも時間を量子化できるのでしょうか？ 最近浮上した新しい理論は、考えられる最小の時間間隔は XNUMX 億分の XNUMX 秒を超えることはできないことを示唆しています。 この理論は、少なくとも時計の基本的な特性である概念に従っています。 理論家によれば、この推論の結果は「すべての理論」を作成するのに役立つ可能性があります。
量子時間の概念は新しいものではありません。 量子重力のモデル 時間は量子化され、特定のティックレートを持つことを提案しています。 この刻みサイクルは普遍的な最小単位であり、どの時間次元もこれより小さくすることはできません。 それはあたかも宇宙の基礎に場があり、その中のすべてのものの最小運動速度を決定し、他の粒子に質量を与えているかのようです。 この宇宙時計の場合、「質量を与える代わりに、時間を与えることになる」と、時間を量子化することを提案した物理学者の一人、マーティン・ボジョワルドは説明します。
彼と米国ペンシルベニア州立大学の同僚らは、このような宇宙時計をモデル化することで、原子振動を利用して既知の中で最も正確な結果を生み出す人工原子時計に違いをもたらすことを示した。 時間の測定。 このモデルによると、原子時計 (5) は世界時計と同期しないことがありました。 これにより、時間測定の精度が 10 つの原子時計に制限されることになり、19 つの異なる原子時計が経過期間の長さと一致しなくなってしまう可能性があります。 私たちの最高の原子時計が互いに一致しており、10 ～ 33 秒、つまり 2020 億分の XNUMX 秒まで計測できることを考えると、時間の基本単位は XNUMX ～ XNUMX 秒を超えることはできません。 これらは、XNUMX 年 XNUMX 月にジャーナル Physical Review Letters に掲載された、この理論に関する記事の結論です。
5. シンガポール国立大学にあるルテチウムベースの原子時計。
このような時間の基本単位が存在するかどうかをテストすることは、現在の技術能力を超えていますが、それでも 5,4 × 10–44 秒であるプランク時間を測定するよりも簡単に思えます。
バタフライエフェクトが効かない！
量子の世界から時間を削除したり量子化すると、興味深い結果が生じる可能性がありますが、正直に言うと、一般的な想像力は別のもの、つまりタイムトラベルによって動かされています。
約XNUMX年前、コネチカット大学の物理学教授ロナルド・マレットはCNNに、次の基礎として使用できる科学方程式を書いたと語った。 リアルタイムマシン。 彼は、理論の重要な要素を説明するための装置さえ構築しました。 彼はそれが理論的には可能だと信じている 時間をループに変えるそれは過去へのタイムトラベルを可能にするでしょう。 彼は、レーザーがこの目標の達成にどのように役立つかを示すプロトタイプも作成しました。 マレットの同僚たちは彼のタイムマシンが実現するとは信じていないことに注意すべきである。 マレットでさえ、現時点では自分のアイデアが完全に理論上のものであることを認めています。
2019年後半、『ニュー・サイエンティスト』誌は、カナダのペリメーター研究所の物理学者バラク・ショシャニ氏とジェイコブ・ハウザー氏が、理論的には人間が一つの場所から移動できる解決策を説明したと報じた。 ニュースフィード XNUMX番目へ、通過 穴を通して 時空 または、彼らが言うように、「数学的に可能」なトンネルです。 このモデルは、私たちが旅行できるさまざまな平行世界が存在することを前提としていますが、タイムトラベルは旅行者自身のタイムラインに影響を与えないという重大な欠点があります。 このようにして、他の連続体に影響を与えることができますが、旅の出発点となった連続体は変化しません。
そして私たちは時空連続体にいるので、 量子コンピューター タイムトラベルをシミュレートするために、科学者は最近、多くの SF 映画や本で見られるような「バタフライ効果」が量子領域に存在しないことを証明しました。 量子レベルでの実験では、まるで現実が自分自身を癒すかのように、損傷を受け、ほとんど変化していないように見えます。 このテーマに関する論文は、この夏、Psysical Review Letters に掲載されました。 ロスアラモス国立研究所の理論物理学者であり共同研究者であるミコレイ・シニツィンは、「量子コンピューターでは、逆の進化をシミュレートすることも、プロセスを過去に戻すプロセスをシミュレートすることも問題ありません」と説明しています。研究の著者。 仕事。 「時間をさかのぼり、ダメージを加えて戻ると、複雑な量子の世界に何が起こるかを実際に見ることができます。 私たちの原初の世界が生き残ったことがわかりました。これは、量子力学にバタフライ効果がないことを意味します。」
これは私たちにとって大きな打撃ですが、良いニュースでもあります。 時空連続体は整合性を維持し、小さな変化によって破壊されることはありません。 なぜ？ これは興味深い質問ですが、時間そのものとは少し異なるトピックです。
