시간의 수수께끼

시간은 항상 문제였습니다. 첫째, 가장 명석한 사람이라도 시간이 실제로 무엇인지 이해하기가 어려웠습니다. 오늘날 우리가 이것을 어느 정도 이해하는 것처럼 보일 때 많은 사람들은 그것 없이는 적어도 전통적인 의미에서 더 편안할 것이라고 믿습니다.

""Isaac Newton이 작성했습니다. 그는 시간이 수학적으로만 진정으로 이해될 수 있다고 믿었습니다. 그에게 우주의 XNUMX차원적 절대시간과 XNUMX차원적 기하학은 객관적 실재의 독립적이고 분리된 측면이었고, 절대시간의 각 순간에는 우주의 모든 사건이 동시에 일어났다.

특수 상대성 이론으로 아인슈타인은 동시 시간의 개념을 제거했습니다. 그의 생각에 따르면 동시성은 사건들 사이의 절대적인 관계가 아닙니다. 한 준거틀에 동시에 있는 것이 반드시 다른 준거틀에도 동시에 있을 필요는 없습니다.

아인슈타인의 시간 이해의 한 예는 우주선에서 나오는 뮤온입니다. 평균 수명이 2,2마이크로초인 불안정한 아원자 입자입니다. 그것은 상층 대기에서 형성되며 분해되기 전에 660m(빛의 속도 300km/s)만 이동할 것으로 예상되지만 시간 팽창 효과로 인해 우주 뮤온은 지구 표면까지 000km 이상 이동할 수 있습니다. 그리고 더. . 지구와 함께 참조 프레임에서 뮤온은 빠른 속도로 인해 더 오래 산다.

1907년에 아인슈타인의 전직 교사인 Hermann Minkowski는 공간과 시간을 다음과 같이 소개했습니다. 시공간은 우주에서 입자가 서로 상대적으로 움직이는 장면처럼 작동합니다. 그러나 이 버전의 시공간은 불완전했습니다(또한보십시오: ). 1916년 아인슈타인이 일반상대성이론을 도입하기 전까지는 중력을 포함하지 않았다. 시공간 구조는 물질과 에너지의 존재에 의해 연속적이고 매끄럽고 뒤틀리고 변형됩니다(2). 중력은 물체가 이동하는 경로를 결정하는 거대한 물체 및 기타 형태의 에너지로 인해 발생하는 우주의 곡률입니다. 이 곡률은 동적이며 물체가 움직일 때 움직입니다. 물리학자 존 휠러(John Wheeler)가 말했듯이 "시공간은 이동 방법을 알려줌으로써 질량을 대신하고 질량은 시공간을 휘게 하는 방법을 알려줌으로써 대신합니다."

2. 아인슈타인의 시공간

시간과 양자 세계

일반 상대성 이론은 시간의 흐름을 연속적이고 상대적인 것으로 간주하고 시간의 흐름을 선택한 조각에서 보편적이고 절대적인 것으로 간주합니다. 60년대에 이전에는 양립할 수 없었던 아이디어, 양자 역학 및 일반 상대성 이론을 결합하려는 성공적인 시도는 Wheeler-DeWitt 방정식으로 알려진 이론을 향한 단계로 이어졌습니다. 양자 중력. 이 방정식은 한 가지 문제를 해결했지만 다른 문제를 만들었습니다. 시간은 이 방정식에서 아무런 역할도 하지 않습니다. 이것은 물리학자들 사이에서 그들이 시간의 문제라고 부르는 큰 논쟁을 불러일으켰습니다.

카를로 로벨리 (3) 현대 이탈리아의 이론물리학자는 이 문제에 대해 명확한 의견을 가지고 있습니다. "라고 그는 "시간의 비밀"이라는 책에 썼습니다.

3. 카를로 로벨리와 그의 책

양자 역학의 코펜하겐 해석에 동의하는 사람들은 양자 프로세스가 시간에 대칭이고 함수의 파동 붕괴에서 발생하는 슈뢰딩거 방정식을 따른다고 믿습니다. 엔트로피의 양자 역학 버전에서 엔트로피가 변할 때 흐르는 것은 열이 아니라 정보입니다. 일부 양자 물리학자들은 시간의 화살의 기원을 발견했다고 주장합니다. 그들은 기본 입자가 "양자 얽힘"의 형태로 상호 작용하면서 서로 결합하기 때문에 에너지가 소산되고 물체가 정렬된다고 말합니다. 아인슈타인은 그의 동료인 포돌스키와 로젠과 함께 이 행동이 인과관계에 대한 지역적 현실주의적 관점과 모순되기 때문에 불가능하다는 것을 발견했습니다. 서로 멀리 떨어져 있는 입자들이 어떻게 한 번에 서로 상호 작용할 수 있느냐고 그들은 물었다.

1964년에 그는 소위 숨겨진 변수에 대한 아인슈타인의 주장이 틀렸음을 증명하는 실험 테스트를 개발했습니다. 따라서 정보가 얽힌 입자 사이를 이동하며 잠재적으로 빛보다 빠르게 이동할 수 있다고 널리 알려져 있습니다. 우리가 아는 한 시간은 존재하지 않습니다. 얽힌 입자 (4).

예루살렘에 있는 Eli Megidish가 이끄는 히브리 대학의 물리학자 그룹은 2013년에 시간에 공존하지 않는 광자를 얽히는 데 성공했다고 보고했습니다. 첫째, 첫 번째 단계에서 그들은 얽힌 광자 쌍 1-2를 만들었습니다. 그 직후, 그들은 광자 1의 편광(빛이 진동하는 방향을 설명하는 특성)을 측정하여 광자를 "죽였습니다"(단계 II). 광자 2는 여행을 떠났고 새로운 얽힌 쌍 3-4가 형성되었습니다(단계 III). 그런 다음 광자 3은 얽힘 계수가 이전 쌍(2-1 및 2-3)에서 새로 결합된 4-2(단계 IV)으로 "변경"되는 방식으로 이동하는 광자 3와 함께 측정되었습니다. 얼마 후(단계 V) 유일하게 살아남은 광자 4의 극성을 측정하고 그 결과를 오랫동안 죽은 광자 1의 편광과 비교합니다(단계 II에서 다시). 결과? 데이터는 광자 1과 광자 4 사이의 "일시적으로 국지적이지 않은" 양자 상관관계의 존재를 드러냈습니다. 이것은 시간적으로 공존한 적이 없는 두 양자 시스템에서 얽힘이 발생할 수 있음을 의미합니다.

Megiddish와 그의 동료들은 결과에 대한 가능한 해석에 대해 추측하지 않을 수 없습니다. 아마도 단계 II에서 광자 1의 편광 측정은 어떻게든 미래의 편광 4를 지시하거나, 단계 V에서 광자 4의 편광 측정은 어떻게든 광자 1의 이전 편광 상태를 덮어씁니다. 전방 및 후방 모두에서 양자 상관 관계는 한 광자의 죽음과 다른 광자의 탄생 사이의 인과적 공백으로 확장됩니다.

이것은 거시적 규모에서 무엇을 의미합니까? 가능한 의미를 논의하는 과학자들은 별빛에 대한 우리의 관찰이 어떻게든 9억 년 전에 광자의 편광을 지시했을 가능성에 대해 이야기합니다.

미국과 캐나다의 한 쌍의 물리학자, 캘리포니아 채프먼 대학교의 매튜 S. 라이퍼와 온타리오의 페리미터 이론 물리학 연구소의 매튜 F. 퓨지는 몇 년 전에 우리가 아인슈타인이 입자에 대한 측정은 과거와 미래에 반영될 수 있으며, 이러한 상황에서는 무의미해집니다. 몇 가지 기본 가정을 재구성한 후 과학자들은 공간이 시간으로 변환되는 벨의 정리에 기반한 모델을 개발했습니다. 그들의 계산은 시간이 항상 앞서 있다고 가정할 때 왜 우리가 모순에 걸려 넘어지는지를 보여줍니다.

Carl Rovelli에 따르면 시간에 대한 인간의 인식은 열 에너지가 작용하는 방식과 불가분의 관계가 있습니다. 왜 우리는 과거만 알고 미래는 알 수 없습니까? 과학자에 따르면 열쇠는 따뜻한 물체에서 차가운 물체로의 단방향 열 흐름. 뜨거운 커피잔에 얼음을 넣으면 커피가 식는다. 그러나 그 과정은 돌이킬 수 없습니다. 일종의 "열역학적 기계"인 인간은 이 시간의 화살을 따라가며 다른 방향을 이해할 수 없습니다. "하지만 미시적 상태를 관찰하면 과거와 미래의 차이가 사라집니다. 사물의 기본 문법에는 원인과 결과 사이의 구분이 없습니다."라고 Rovelli는 썼습니다.

양자 분수로 측정된 시간

아니면 시간을 양자화할 수 있을까요? 최근 등장한 새로운 이론은 생각할 수 있는 가장 작은 시간 간격이 XNUMX억분의 XNUMX억분의 XNUMX초를 초과할 수 없다고 제안합니다. 이론은 적어도 시계의 기본 속성인 개념을 따릅니다. 이론가들에 따르면, 이 추론의 결과는 "모든 것의 이론"을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

양자 시간의 개념은 새로운 것이 아닙니다. 양자 중력 모델 시간이 양자화되고 특정 틱 속도를 가질 것을 제안합니다. 이 똑딱거리는 주기는 보편적인 최소 단위이며 시간 차원은 이보다 작을 수 없습니다. 그것은 마치 우주의 기초에 그 안에 있는 모든 것의 최소 이동 속도를 결정하고 다른 입자에 질량을 부여하는 장이 있는 것과 같습니다. 이 보편적인 시계의 경우 "질량을 제공하는 대신 시간을 제공할 것"이라고 시간을 양자화할 것을 제안한 한 물리학자 Martin Bojowald는 설명합니다.

그러한 보편적인 시계를 모델링함으로써 그와 미국 펜실베니아 주립 대학의 그의 동료들은 그것이 알려진 가장 정확한 결과를 생성하기 위해 원자 진동을 사용하는 인공 원자 시계에 차이를 만들 것임을 보여주었습니다. 시간 측정. 이 모델에 따르면 원자 시계(5)는 때때로 우주 시계와 동기화되지 않았습니다. 이것은 시간 측정의 정확도를 단일 원자 시계로 제한합니다. 즉, 두 개의 서로 다른 원자 시계가 경과 기간의 길이와 일치하지 않을 수 있습니다. 우리의 최고의 원자시계가 서로 일치하고 10-19초 또는 10억분의 33억분의 2020초까지 틱을 측정할 수 있다는 점을 감안할 때 기본 시간 단위는 XNUMX-XNUMX초를 넘을 수 없습니다. XNUMX년 XNUMX월 Physical Review Letters 저널에 게재된 이 이론에 대한 기사의 결론입니다.

5. 싱가포르 국립 대학의 루테튬 기반 원자 시계.

그러한 기본 시간 단위가 존재하는지 여부를 테스트하는 것은 현재 우리의 기술 능력을 넘어서지만 5,4 × 10–44초인 플랑크 시간을 측정하는 것보다 여전히 접근하기 쉬운 것 같습니다.

나비 효과가 작동하지 않습니다!

양자 세계에서 시간을 제거하거나 양자화하는 것은 흥미로운 결과를 가져올 수 있지만 솔직히 말해서 대중의 상상력은 다른 것, 즉 시간 여행에 의해 구동됩니다.

약 XNUMX년 전, 코네티컷 대학의 물리학 교수인 Ronald Mallett은 CNN에 자신이 기초로 사용할 수 있는 과학적 방정식을 작성했다고 말했습니다. 실시간 기계. 그는 심지어 이론의 핵심 요소를 설명하기 위해 장치를 만들었습니다. 그는 그것이 이론적으로 가능하다고 믿는다. 시간을 루프로 만들기과거로의 시간 여행을 가능하게 하는 것. 그는 심지어 레이저가 이 목표를 달성하는 데 어떻게 도움이 되는지 보여주는 프로토타입을 만들었습니다. Mallett의 동료들은 그의 타임머신이 실현될 것이라고 확신하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. Mallett조차도 그의 아이디어가 이 시점에서 전적으로 이론적임을 인정합니다.

2019년 말 New Scientist는 캐나다 Perimeter Institute의 물리학자 Barak Shoshani와 Jacob Hauser가 사람이 이론적으로 한 곳에서 여행할 수 있는 솔루션을 설명했다고 보고했습니다. 뉴스 피드 두 번째로, 통과 구멍을 통해 시공간 또는 "수학적으로 가능"하다고 말하는 터널. 이 모델은 우리가 여행할 수 있는 다른 평행 우주가 있다고 가정하며 심각한 단점이 있습니다. 시간 여행은 여행자 자신의 타임라인에 영향을 미치지 않습니다. 이런 식으로 다른 연속체에 영향을 미칠 수 있지만 여행을 시작한 연속체는 변경되지 않습니다.

그리고 우리는 시공간 연속체에 있기 때문에 다음의 도움으로 양자 컴퓨터 시간 여행을 시뮬레이션하기 위해 과학자들은 최근 많은 공상 과학 영화와 책에서 볼 수 있듯이 양자 영역에 "나비 효과"가 없음을 증명했습니다. 양자 수준에서의 실험에서, 마치 현실이 스스로 치유되는 것처럼 손상되고 거의 변하지 않은 것처럼 보입니다. 이 주제에 관한 논문은 올 여름 Psysical Review Letters에 게재되었습니다. 로스앨러모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory)의 이론물리학자 미콜라이 시니친(Mikolay Sinitsyn)은 “양자 컴퓨터에서는 시간의 반대 진화를 시뮬레이션하거나 프로세스를 과거로 되돌리는 과정을 시뮬레이션하는 데 문제가 없다”고 설명했다. 연구의 저자. 일하다. “시간을 거슬러 올라가 약간의 피해를 입히고 되돌아가면 복잡한 양자 세계에 무슨 일이 일어나는지 실제로 볼 수 있습니다. 우리는 우리의 원시 세계가 살아남았음을 발견했습니다. 이는 양자 역학에서 나비 효과가 없다는 것을 의미합니다.”

이는 우리에게 큰 타격이지만 좋은 소식이기도 합니다. 시공간 연속체는 무결성을 유지하며 작은 변화로 인해 파괴되지 않습니다. 왜? 이것은 흥미로운 질문이지만 시간 자체와는 약간 다른 주제입니다.