Големите мистерии на физиката: времето илюзия ли е?

Първият епизод на новия подкаст, Страхотни пъзели по физика, навлиза в сложната природа на времето. Оспорвайки традиционните представи за времето като абсолютно, изследователите обсъждат теориите, че времето е относително и преплетено с пространството, концепция, която противоречи на нашия субективен опит. Несъответствието може да се отдаде на увеличаване на ентропията във Вселената, но защо Вселената е започнала с намаляване на ентропията остава загадка. За да се реши този проблем, експертите предлагат допълнителни изследвания, включително премахване на времето от научните уравнения и изследване на термодинамиката на часовниците.

Без чувството за време, което ни води от люлката до гроба, животът ни не би имал смисъл. Но на най-елементарно ниво физиците не са сигурни дали времето, което преживяваме, някога съществува.

Това е темата на първия епизод от нашата нова подкаст поредица, Страхотни пъзели по физика. Водено от Мириам Франкел, научен редактор в The Conversation, с подкрепата на FQxIИнститут за фундаментални въпроси, разговаряме с трима изследователи за природата на времето.

Учените отдавна приемат, че времето е абсолютно и универсално – еднакво за всички, навсякъде и съществува независимо от нас. Все още се третира по този начин в квантовата механика, която управлява малката вселена от атоми и частици. Но теориите за относителността на Алберт Айнщайн, които се прилагат към природата в големи мащаби, показват, че времето е относително, а не абсолютно – то може да се ускори или забави в зависимост от това колко бързо пътувате, например. Времето също е преплетено с пространството в „пространство-време”.

Теориите на Айнщайн позволиха на учените да изобразят Вселената по нов начин: като фиксирана четириизмерна маса, с три пространствени измерения (височина, ширина, дълбочина) и времето като четвърти квадрант. Този блок съдържа цялото пространство и време наведнъж – и времето не тече. Сега няма нищо особено в масата – това, което изглежда като настояще за един наблюдател, е просто минало за другия.

Но ако това е вярно, тогава защо нашето преживяване на времето пътува от миналото към бъдещето с такава сила? Един от отговорите е, че ентропията, мярката за хаоса, винаги се увеличава във Вселената. Когато пуснете числата, обяснява Шон Карол, физик от университета Джон Хопкинс в САЩ, се оказва, че ранната Вселена е имала много ниска ентропия. „[The universe] Беше много структурирано и неслучайно и беше някак релаксиращо и оттогава стана само по-случайно и по-хаотично.” Това потенциално създава стрела на времето за човешките наблюдатели.

Не знаем защо вселената е започнала с толкова ниска ентропия. Карол предполага, че може да е защото Ние сме част от мултивселена Той съдържа много различни вселени. В такъв свят някои вселени, статистически погледнато, ще трябва да започнат с ниска ентропия.

От друга страна, Емили Адлам, философ по физика в Института по философия Ротман към Университета на Западно Онтарио в Канада, вярва, че мистерията защо нашата вселена започва с ниска ентропия е проблем, който в крайна сметка произтича от факта, че физиката е пълен с предположения време е.

„Лично аз съм много привърженик на поговорката, че времето не тече“, обяснява тя. „Това е нещо като илюзия, която идва от начина, по който сме вградени в света.“ Нейната интуиция е, че на основно ниво всичко се случва наведнъж – дори и да не ни изглежда така.

Адлам твърди, че най-добрият начин да разберем времето е да го премахнем изцяло от нашите теории за природата – да го оголим от уравненията. Интересното е, че когато физиците се опитват да обединят общата теория на относителността с квантовата механика в теория за „квантовата гравитация“ на всичко, времето често изчезва от уравненията.

Експериментите също могат да помогнат да се хвърли светлина върху естеството на времето, помагайки да се тестват различни комбинации от квантовата механика и общата теория на относителността. Наталия Арес, инженер в[{“ 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.