Κρύσταλλοι του χώρου και του χρόνου: Ένα δομικό φαινόμενο που μπορεί να μετατραπεί και να καταλήξει σε μικροσκοπικές μαύρες τρύπες

 

Μια ομάδα από τη Βιέννη και τη Φρανκφούρτη βρήκε έναν τύπο που περιγράφει ένα παράξενο φαινόμενο: Ο χώρος και ο χρόνος μπορούν να σχηματίσουν ένα είδος « κρυστάλλου » που μπορεί να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Τα αποτελέσματα περιγράφονται στο Physical Review Letters .

Παράλληλα με τις διάσημες γιγάντιες μαύρες τρύπες, η φυσική επιτρέπει και μικροσκοπικές εκδοχές. Αυτές προκύπτουν από τις λεγόμενες κρίσιμες καταστάσεις, όταν ο χωροχρόνος οργανώνεται σε μια κανονική, κρυσταλλική δομή κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας γνωστής ως κρίσιμης κατάρρευσης. Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο Γκαίτε της Φρανκφούρτης και το TU Wien κατάφερε τώρα, για πρώτη φορά, να περιγράψει αυτό το φαινόμενο με έναν ακριβή μαθηματικό τύπο χρησιμοποιώντας ένα ασυνήθιστο μαθηματικό κόλπο.

 

Οι μαύρες τρύπες συνήθως σχηματίζονται σε θεαματικά γεγονότα, όπως ο θάνατος ενός τεράστιου άστρου. Θεωρητικά, όμως, είναι πιθανές και αυθαίρετα μικρές μαύρες τρύπες: μικροσκοπικά μικροσκοπικά αντικείμενα που μπορούν να αναδυθούν από ειδικές κρίσιμες καταστάσεις μετά την παραμικρή προσθήκη ενέργειας. Τέτοιες καταστάσεις μπορεί να υπήρχαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν το σύμπαν ήταν ακόμα ένα χαοτικό μείγμα σωματιδίων, δημιουργώντας ενδεχομένως τις λεγόμενες αρχέγονες μαύρες τρύπες .

 

Η θεωρητική πιθανότητα τέτοιων κρίσιμων δομών είχε ήδη αποδειχθεί σε προσομοιώσεις υπολογιστών. Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Γκαίτε της Φρανκφούρτης και το TU Wien κατάφεραν να επιβεβαιώσουν αυτά τα αποτελέσματα με έναν μαθηματικό τύπο - χρησιμοποιώντας μόνο χαρτί και μολύβι.

 

Κρίσιμη κατάρρευση

 

« Μερικές φορές μια μικροσκοπική, φαινομενικά ασήμαντη αιτία είναι αρκετή για να προκαλέσει μια τεράστια και δραματική τροποποίηση », λέει ο καθηγητής Daniel Grumiller από το TU Wien. « Πάρτε για παράδειγμα το υγρό νερό στους μηδέν βαθμούς Κελσίου. Μια πολύ μικρή τροποποίηση είναι αρκετή για να παγώσει το νερό. Τα μόρια του νερού στη συνέχεια διατάσσονται αυθόρμητα σε ένα κανονικό μοτίβο και σχηματίζουν έναν κρύσταλλο πάγου ».

 

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, κάτι πολύ παρόμοιο μπορεί να συμβεί στον χώρο και τον χρόνο. Κάθε φορά που τα σωματίδια κινούνται από το ένα μέρος στο άλλο, επηρεάζουν τον ίδιο τον χωροχρόνο. « Λέμε ότι ο χωροχρόνος καμπυλώνεται από τη μάζα », εξηγεί ο Κρίστιαν Έκερ από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Γκαίτε της Φρανκφούρτης. « Μεγάλα αντικείμενα όπως τα αστέρια καμπυλώνουν έντονα τον χωροχρόνο - για παράδειγμα, μπορούμε να το παρατηρήσουμε αυτό όταν οι ακτίνες φωτός εκτρέπονται από τα ογκώδη αστέρια. Αλλά και οι μικρότερες μάζες παράγουν καμπυλότητα χωροχρόνου, απλώς σε μικρότερο βαθμό ».

 

Ακριβώς όπως η φυσική επιτρέπει στα μόρια του νερού να σχηματίζουν έναν κανονικό κρύσταλλο από άτακτο υγρό νερό, η σχετικότητα επιτρέπει στην καμπυλότητα του χωροχρόνου να οργανωθεί σε μια κανονική δομή - ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο στον χώρο και τον χρόνο. Αναδύεται ένα είδος « χωροχρονικού κρυστάλλου ». Οι φυσικοί αναφέρονται στη διαδικασία που οδηγεί σε αυτήν την κατάσταση ως κρίσιμη κατάρρευση.

 

« Αυτός ο χωροχρονικός κρύσταλλος είναι ένα πολύ ιδιόμορφο και συναρπαστικό αντικείμενο », λέει ο Grumiller. « Είναι ένα είδος ενδιάμεσης κατάστασης, ένα ασταθές σημείο που μπορεί να εξελιχθεί σε δύο διαφορετικές κατευθύνσεις. Μπορεί απλώς να διαλυθεί ξανά, αφήνοντας πίσω του τον συνηθισμένο χωροχρόνο γεμάτο με ελεύθερα κινούμενα σωματίδια. Αλλά αν προστεθεί μια ελάχιστη ποσότητα ενέργειας, η εξέλιξη ακολουθεί μια εντελώς διαφορετική πορεία: ο δυσδιάκριτος χωροχρονικός κρύσταλλος μετατρέπεται σε μαύρη τρύπα ».

 

Επιβεβαίωση μιας παλιάς υπόθεσης

 

Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστές είχαν ήδη υποδείξει από το 1993 ότι οι μαύρες τρύπες μπορεί να σχηματίζονται αυθόρμητα με αυτόν τον τρόπο. Έκτοτε, οι ερευνητές προσπάθησαν να περιγράψουν τη διαδικασία μαθηματικά και να εξαγάγουν τους σωστούς τύπους - αλλά αυτό αποδείχθηκε εξαιρετικά δύσκολο. Η ομάδα από τη Βιέννη και τη Φρανκφούρτη έλυσε τώρα το πρόβλημα χρησιμοποιώντας ένα αξιοσημείωτο κόλπο.

 

« Το σύμπαν μας έχει τέσσερις διαστάσεις – τρεις διαστάσεις του χώρου και μία διάσταση του χρόνου », εξηγεί ο Κρίστιαν Έκερ. « Αλλά κατ' αρχήν, τίποτα δεν μας εμποδίζει να γράφουμε φυσικές εξισώσεις για μεγαλύτερο αριθμό διαστάσεων – πέντε διαστάσεις, σαράντα δύο διαστάσεις ή ακόμα και άπειρες ».

 

Θα περίμενε κανείς ότι η θεωρία θα γινόταν πολύ πιο περίπλοκη με αυτόν τον τρόπο, αλλά αυτό δεν ισχύει απαραίτητα. Η ομάδα έδειξε ότι, στο όριο των ατελείωτων διαστάσεων, ορισμένα εξαιρετικά πολύπλοκα ερωτήματα γίνονται εκπληκτικά απλά. Το επόμενο βήμα είναι να ελεγχθεί εάν η λύση μπορεί να μεταφραστεί ξανά σε μικρότερο αριθμό διαστάσεων. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποκτήσουν γνώσεις για το τετραδιάστατο σύμπαν μας κάνοντας μια παράκαμψη μέσα από ένα υποθετικό σύμπαν με ατελείωτες διαστάσεις.

 

« Η τεχνική μας αποδεικνύεται αξιοσημείωτα σταθερή. Ανάλογα με την επιθυμητή ακρίβεια, μπορούμε να βελτιώσουμε συστηματικά τους τύπους μας χρησιμοποιώντας πρόσθετες μεθόδους προσέγγισης », λέει ο Florian Ecker από το TU Wien. « Αυτό μας δίνει μια νέα μέθοδο για τη μελέτη φαινομένων που σχετίζονται με τις μαύρες τρύπες, τα οποία προηγουμένως δεν μπορούσαν να αναλυθούν αναλυτικά ».

 

ΠΗΓΗ yogaesoteric : https://yogaesoteric.net/en/crystals-of-space-and-time-a-structural-phenomenon-that-may-collapse-into-tiny-black-holes/

Το μυστήριο του χρόνου βαθαίνει καθώς η μελέτη αποκαλύπτει νέους δεσμούς με τη βαρύτητα και τον κβαντικό κόσμο

 

Υπάρχουν κρυφές συνδέσεις μεταξύ ορισμένων από τα πιο μυστηριώδη φαινόμενα της σύγχρονης φυσικής, συμπεριλαμβανομένης της βαρύτητας, της κβαντομηχανικής και της ίδιας της φύσης του χρόνου;

 

Αυτή είναι η βασική αρχή πίσω από τη νέα έρευνα που αντιμετωπίζει μερικά από τα πιο περίπλοκα προβλήματα που συνεχίζουν να προβληματίζουν τους φυσικούς. Σύμφωνα με τα νέα ευρήματα, το διαρκές μυστήριο του χρόνου θα μπορούσε να κρύβει το κλειδί για την επίλυσή τους.

 

Αυτό, σύμφωνα με μια πρόσφατη μελέτη από μια διεθνή ομάδα φυσικών που χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Ινστιτούτο Θεμελιωδών Ερωτήσεων (FQxI), η οποία εφάρμοσε μια μη συμβατική προσέγγιση σε ένα μακροχρόνιο πρόβλημα μέτρησης στην κβαντομηχανική που περιλαμβάνει αυτά που είναι γνωστά ως « μοντέλα κβαντικής κατάρρευσης ».

 

Η ιδιόμορφη πλευρά της Φυσικής

 

Δεν υπακούουν όλα στον φυσικό κόσμο στους διαισθητικούς νόμους της κίνησης και της μηχανικής που διατυπώθηκαν από διασημότητες όπως ο Ισαάκ Νεύτωνας. Τον τελευταίο αιώνα, ένας αυξανόμενος αριθμός ανακαλύψεων έχει αποκαλύψει μια ιδιόμορφη πλευρά του φυσικού κόσμου - μια πλευρά που λειτουργεί στις μικρότερες κλίμακες, αλλά παρουσιάζει μερικές από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη σύγχρονη φυσική.

 

Αυτά περιλαμβάνουν διαχρονικά μυστήρια όπως η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια, την αληθινή φύση της βαρύτητας και κβαντικά φαινόμενα όπως η υπέρθεση, η οποία περιγράφει πώς τα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, μπορούν να υπάρχουν σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα μέχρι να μετρηθούν ή να παρατηρηθούν, οπότε και καταρρέουν σε μια ενιαία, καθορισμένη κατάσταση.

 

Αν και τα κβαντικά φαινόμενα παρουσιάζουν τέτοιες ιδιορρυθμίες, το ίδιο δεν μπορεί να ειπωθεί για τα καθημερινά αντικείμενα. Αυτή η ασυμφωνία αποτελεί μια σημαντική πρόκληση για τους φυσικούς, οι οποίοι έχουν περάσει δεκαετίες προσπαθώντας να συμφιλιώσουν τον ορατό, μακροσκοπικό κόσμο με το αόρατο κβαντικό βασίλειο.

 

Μια Πρωτοποριακή Προσέγγιση

 

Στη νέα μελέτη, οι φυσικοί υιοθέτησαν μια ασυνήθιστη προσέγγιση για την αντιμετώπιση προβλημάτων κβαντικής μέτρησης χρησιμοποιώντας « μοντέλα κβαντικής κατάρρευσης ».

Η εργασία τους αποκάλυψε κάτι απροσδόκητο: η εφαρμογή αυτών των μοντέλων μπορεί να έχει σημαντικές επιπτώσεις στον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται ο χρόνος - και με πόσο ακριβή μπορεί να μετρηθεί.

 

Ο Nicola Bortolotti, επικεφαλής ερευνητής της μελέτης και διδακτορικός φοιτητής στο Μουσείο και Κέντρο Έρευνας Enrico Fermi (CREF) στη Ρώμη της Ιταλίας, λέει ότι αυτός και οι συνάδελφοί του ξεκίνησαν με μια θεμελιώδη παρατήρηση.

 

« Αυτό που κάναμε ήταν να λάβουμε σοβαρά υπόψη την ιδέα ότι τα μοντέλα κατάρρευσης μπορεί να συνδέονται με τη βαρύτητα », είπε ο Μπορτολότι.

 

Αν αυτή η υπόθεση αποδεικνυόταν σωστή, ο Μπορτολότι και οι συνάδελφοί του συνειδητοποίησαν ότι θα είχε ευρύτερες επιπτώσεις, ιδίως όσον αφορά τη φύση του χρόνου.

 

« Τι σημαίνει αυτό για τον ίδιο τον χρόνο; » ρωτάει ο Μπορτολότι.

 

Ο χρόνος είναι της ουσίας

 

Ένα στοιχείο προέρχεται από έρευνα δεκαετιών σχετικά με την αυθόρμητη κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης, ένα φαινόμενο που χρησιμοποιείται για να περιγράψει την πολυκαταστατική συμπεριφορά των κβαντικών συστημάτων σε υπέρθεση. Ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1980, οι ερευνητές ανέπτυξαν μοντέλα για να εξηγήσουν γιατί η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης μπορεί να συμβαίνει ανεξάρτητα από την παρατήρηση.

 

Αυτές οι προσεγγίσεις διαφέρουν σημαντικά από τις συμβατικές ερμηνείες της κβαντομηχανικής, προσφέροντας προβλέψεις που είναι πιο συνεπείς – και ενδεχομένως ελέγξιμες στο εργαστήριο.

 

Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, ο Bortolotti και η ομάδα του διερεύνησαν μια πιθανή σύνδεση μεταξύ των μοντέλων κατάρρευσης και της βαρύτητας. Μια κορυφαία θεωρία, γνωστή ως μοντέλο Diósi-Penrose, προτείνει ομοίως μια σύνδεση μεταξύ της βαρύτητας και της κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης.

 

Βασιζόμενη σε αυτό, η ομάδα δημιούργησε μια σύνδεση μεταξύ του μοντέλου Diósi-Penrose και ενός άλλου πλαισίου, του Continuous Spontaneous Localization, και, από εκεί, εντόπισε συνδέσεις μεταξύ των δύο μοντέλων και ανεπαίσθητες διακυμάνσεις στον βαρυτικό χωροχρόνο.

Περιορισμός της Μέτρησης του Χρόνου

 

Στον πυρήνα της, η μελέτη υποδηλώνει ότι εάν τα μοντέλα κατάρρευσης περιγράφουν με ακρίβεια την υποκείμενη φυσική φαινομένων όπως η βαρύτητα, τότε μπορεί να υπάρχουν θεμελιώδη όρια στο πόσο ακριβώς μπορεί να μετρηθεί ο χρόνος - αν και σε εξαιρετικά μικρή κλίμακα.

 

« Η αβεβαιότητα είναι πολλές τάξεις μεγέθους χαμηλότερη από οτιδήποτε μπορούμε να μετρήσουμε σήμερα, επομένως δεν έχει πρακτικές συνέπειες για την καθημερινή χρονομέτρηση », λέει η Catalina Curceanu, διευθύντρια έρευνας στο Laboratori Nazionali di Frascati του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής, η οποία ήταν επίσης μία από τους συν-συγγραφείς της μελέτης.

 

Ενώ αυτά τα ευρήματα δεν έχουν καμία πρακτική επίδραση στη χρονομέτρηση, υποδεικνύουν κάτι πιο θεμελιώδες στην κατανόησή μας για τη φυσική: τη συνεχιζόμενη αναζήτηση ενός ενοποιημένου πλαισίου που να συμφιλιώνει την κβαντομηχανική με τη βαρύτητα και τον χρόνο.

 

Ο Curceanu σημειώνει ότι στην κβαντομηχανική, « ο χρόνος αντιμετωπίζεται ως μια εξωτερική, κλασική παράμετρος που δεν επηρεάζεται από το κβαντικό σύστημα που μελετάται ». Ωστόσο, αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, όπου ο χρόνος και ο χώρος είναι βαθιά αλληλένδετοι και μπορούν να επηρεαστούν από την ενέργεια και τη μάζα.

 

Στο επίκεντρο της νέας έρευνας βρίσκεται η υπόθεση ότι η κβαντομηχανική μπορεί να αντιπροσωπεύει μόνο ένα συστατικό μιας βαθύτερης, πιο ολοκληρωμένης θεωρίας που οι φυσικοί δεν έχουν ακόμη αποκαλύψει πλήρως. Ωστόσο, το έργο της ομάδας σηματοδοτεί ένα ουσιαστικό βήμα προς αυτόν τον στόχο, ρίχνοντας φως στις πιθανές συνδέσεις μεταξύ μοντέλων κατάρρευσης, βαρύτητας, χρόνου και άλλων ανεπίλυτων φαινομένων.

 

« Η εργασία μας δείχνει ότι ακόμη και ριζοσπαστικές ιδέες για την κβαντομηχανική μπορούν να δοκιμαστούν σε σχέση με ακριβείς φυσικές μετρήσεις », δήλωσε ο Curceanu σε μια δήλωση, αν και πρόσθεσε ότι « καθησυχαστικά, η χρονομέτρηση παραμένει ένας από τους πιο σταθερούς πυλώνες της σύγχρονης φυσικής ».

 

Η πρόσφατη δημοσίευση της ομάδας με τίτλο « Θεμελιώδη όρια στην ακρίβεια του ρολογιού από την αβεβαιότητα του χωροχρόνου σε μοντέλα κβαντικής κατάρρευσης » των Nicola Bortolotti, Catalina Curceanu, Lajos Diósi, Simone Manti και Kristian Piscicchia, δημοσιεύτηκε στο Physical Review Research .

 

ΠΗΓΗ yogaesoteric:

https://yogaesoteric.net/en/mystery-of-time-deepens-as-study-reveals-new-links-to-gravity-and-the-quantum-world/ 

Σε μια πρωτοποριακή φυσική, οι επιστήμονες παρατηρούν άτομα που υπάρχουν σε δύο ξεχωριστά μέρη ταυτόχρονα

 

Επιστήμονες στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας (ANU) ανέφεραν την πρώτη επιβεβαιωμένη παρατήρηση ατόμων που εμπλέκονται σε μια από τις πιο περίπλοκες συμπεριφορές που είναι γνωστές στη σύγχρονη φυσική: την φαινομενική ικανότητα να υπάρχουν σε δύο εντελώς ξεχωριστά μέρη ταυτόχρονα. 

 

Το φαινόμενο, γνωστό ως διεμπλοκή, θα μπορούσε να περιγραφεί με μεγαλύτερη ακρίβεια ως η αδυναμία οποιουδήποτε σωματιδίου να περιγραφεί ανεξάρτητα από την κατάσταση των άλλων, γεγονός που αντιπροσωπεύει το κύριο χαρακτηριστικό της κβαντικής φυσικής που απουσιάζει από το κλασικό αντίστοιχο της.

 

Ο Δρ. Σον Χόντγκμαν, φυσικός στην Ερευνητική Σχολή Φυσικής του ANU, δήλωσε ότι η σκέψη για το σύμπαν μας και τους μηχανισμούς του σε αυτό το πλαίσιο είναι συχνά δύσκολο να κατανοηθεί.

 

« Μπορείτε να διαβάσετε γι' αυτό σε ένα εγχειρίδιο, αλλά είναι πραγματικά δύσκολο να σκεφτεί κανείς ότι ένα σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε δύο μέρη ταυτόχρονα », δήλωσε ο Χόντγκμαν.

 

Προκειμένου να φέρουν αυτή την κβαντική ιδιομορφία έξω από το πεδίο της φυσικής θεωρίας και να την εφαρμόσουν σε πραγματικές παρατηρήσεις, ο Hodgman και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν άτομα ηλίου αντί για φωτόνια, όπως έχουν κάνει τα περισσότερα παρόμοια πειράματα στο παρελθόν. Αυτό είναι σημαντικό, καθώς τα άτομα ηλίου είναι αρκετά μεγάλα και προσφέρουν στους φυσικούς μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένου του βαθμού στον οποίο μπορούν να χειραγωγηθούν, ο οποίος περιλαμβάνει τη χρήση βαρυτικών πεδίων.

 

Ο Yogesh Sridhar Arthreya, διδακτορικός ερευνητής και επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης που περιγράφει λεπτομερώς τα ευρήματα της αυστραλιανής ομάδας, δήλωσε ότι οι προηγούμενες προσπάθειες δείχνουν πόσο δύσκολη έχει αποδειχθεί η προσπάθεια να αποδειχθεί η εμπλοκή.

 

« Πειραματικά, είναι εξαιρετικά δύσκολο να το αποδείξουμε αυτό », είπε ο Arthreya. « Αρκετοί άνθρωποι έχουν προσπαθήσει στο παρελθόν να δείξουν αυτά τα αποτελέσματα και πάντα αποτυγχάνουν ».

 

Ωστόσο, εκεί που άλλοι δεν το έχουν καταφέρει, η καινοτόμος προσέγγιση της ομάδας που χρησιμοποιεί άτομα ηλίου σημείωσε επιτυχία και ανοίγει νέους δρόμους για τη μελέτη μερικών από τα πιο σημαντικά ερωτήματα της σύγχρονης φυσικής. Αυτά περιλαμβάνουν το πώς τα φαινόμενα της κβαντομηχανικής, στις μικρότερες κλίμακες, σχετίζονται με πράγματα όπως η βαρύτητα και η γενική σχετικότητα σε πολύ μεγαλύτερες παγκόσμιες κλίμακες.

 

Ουσιαστικά, η ομάδα λέει ότι οι παρατηρήσεις της έχουν πλέον επιβεβαιώσει προβλέψεις άνω του ενός αιώνα σχετικά με αυτό το ενδιαφέρον κβαντικό φαινόμενο.

 

« Αυτό το αποτέλεσμα επιβεβαιώνει τις προβλέψεις πριν από έναν αιώνα και πλέον, ότι η ύλη μπορεί να βρίσκεται σε δύο τοποθεσίες ταυτόχρονα », δήλωσε ο Χόντσον, προσθέτοντας ότι τα ευρήματά τους αποδεικνύουν ότι η ύλη μπορεί επίσης « να παρεμβαίνει στον εαυτό της ακόμη και σε αυτές τις τοποθεσίες ».

 

Η ερευνητική εργασία της ομάδας , με τίτλο « Συσχετίσεις Bell μεταξύ ζευγών ατόμων 4He* που έχουν εμπλακεί σε ορμή », δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Communications.

 

ΠΗΓΗ yogaesoteric :

https://yogaesoteric.net/en/in-a-landmark-physics-first-scientists-observe-atoms-existing-in-two-separate-places-at-the-same-time/

Ο χρόνος μπορεί να μην υπάρχει – και αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε γιατί...

Όσο πιο κοντά κοιτάμε τον χρόνο, τόσο πιο ενδιαφέρον γίνεται.

 

Η φύση του χρόνου είναι ένα από τα πιο βαθιά και μακροχρόνια προβλήματα στη φυσική. Από τη δική μας οπτική γωνία, ο χρόνος φαίνεται να προχωρά σταθερά προς τα εμπρός με κάθε τικ του ρολογιού. Αλλά όσο πιο κοντά κοιτάμε, τόσο πιο ενδιαφέρων γίνεται ο χρόνος - από τις εξισώσεις που δηλώνουν ότι ο χρόνος πρέπει να ρέει τόσο ελεύθερα προς τα πίσω όσο και προς τα εμπρός, μέχρι το συναρπαστικό κβαντικό βασίλειο, γεμάτο δυνατότητες. Μήπως ο ίδιος ο χρόνος είναι μια ψευδαίσθηση ;

 

Αυτό που κάνει τον χρόνο τόσο περίπλοκο είναι ότι έχουμε πολύ διαφορετικούς τρόπους να τον ορίζουμε, οι οποίοι δεν ταιριάζουν εύκολα μεταξύ τους.

 

Ο πρώτος ορισμός προέρχεται από τις εξισώσεις που περιγράφουν πώς τα στοιχεία τροποποιούνται με την πάροδο του χρόνου. Έχουμε πολλές τέτοιες εξισώσεις που περιγράφουν τα πάντα, από την κίνηση των μπαλών του τένις μέχρι τη διάσπαση των ατομικών πυρήνων. Σε όλες αυτές τις εξισώσεις, ο χρόνος είναι μια ποσότητα, που αναφέρεται ως συντεταγμένος χρόνος . Ο χρόνος δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια μαθηματική ετικέτα στην οποία μπορούμε να αποδώσουμε μια συγκεκριμένη τιμή.

 

Ο δεύτερος ορισμός του χρόνου προέρχεται από τις θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν, όπου είναι μια διάσταση επιπλέον των τριών που γνωρίζουμε. Είναι μια κατεύθυνση στον τετραδιάστατο χωροχρόνο. Η εικόνα μας για την πραγματικότητα γίνεται τότε μια εικόνα στην οποία όλοι οι χρόνοι - παρελθόν, παρόν και μέλλον - είναι εξίσου πραγματικοί και συνυπάρχουν, όπως ακριβώς όλα τα σημεία στο χώρο είναι εξίσου πραγματικά.

 

Πέρα από αυτό, ο χρόνος έχει μια βαθιά σύνδεση με τη βαρύτητα σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα, όπου το σχήμα του χωροχρόνου επηρεάζεται από τη βαρύτητα.

 

Μεγάλο μέρος της προσπάθειας στην πρώτη γραμμή της θεωρητικής φυσικής κατά το τελευταίο μισό αιώνα έχει αφιερωθεί στην ενοποίηση της Γενικής Σχετικότητας με τον παράξενο κόσμο της κβαντομηχανικής. Τα μαθηματικά πλαίσια που επιχειρούν να το κάνουν αυτό είναι γνωστά ως θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας.

 

Πώς όμως μπορούμε να συμβιβάσουμε αυτές τις δύο έννοιες του χρόνου - την κβαντομηχανική ιδέα, στην οποία ο χρόνος είναι μια απλή παράμετρος, έναντι της σχετικιστικής ιδέας ότι ο χρόνος είναι μια διάσταση στον χωροχρόνο;

 

Το ονομάζω « το πρώτο πρόβλημα του φυσικού χρόνου ».

 

Χρόνος στην κβαντική βαρύτητα

 

Ο λόγος που είναι τόσο δύσκολο να συμβιβαστεί η κβαντομηχανική με τη Γενική Σχετικότητα είναι ότι τα μαθηματικά τους είναι θεμελιωδώς ασύμβατα.

 

Όχι μόνο αυτό, αλλά τα κβαντικά φαινόμενα διέπουν κυρίως πολύ μικρές κλίμακες, όπως τα υποατομικά σωματίδια, ενώ η βαρύτητα επηρεάζει πολύ μεγαλύτερες κλίμακες, όπως τους πλανήτες και τους γαλαξίες, επομένως η προσπάθεια δημιουργίας ενός πειράματος όπου και οι δύο κλίμακες δεν είναι μόνο σχετικές, αλλά μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια, έχει αποδειχθεί εξαιρετικά δύσκολη.

 

Οι πρώτες προσπάθειες ενοποίησης μιας κβαντικής περιγραφής της πραγματικότητας με τον τετραδιάστατο χωροχρόνο της Γενικής Σχετικότητας οδήγησαν τους John Wheeler και Bryce DeWitt να καταλήξουν σε μια εξίσωση - την εξίσωση Wheeler-DeWitt - το 1967, στην οποία ο χρόνος δεν εμφανίζεται πλέον καθόλου.

 

Αυτό που στόχευαν να περιγράψουν είναι η κβαντική κατάσταση ολόκληρου του Σύμπαντος, ανεξάρτητη από τον χρόνο. Αυτό, όπως έχουν υποστηρίξει πολλοί φυσικοί, σημαίνει ότι ο χρόνος μπορεί να είναι απλώς μια ψευδαίσθηση.

 

Αλλά θα έπρεπε να είμαστε τόσο ριζοσπαστικοί ή να απορρίπτουμε τον χρόνο; Έχουμε διανύσει μεγάλη απόσταση από τότε, πώς λοιπόν ο χρόνος εισέρχεται στις τρέχουσες προσπάθειες ανάπτυξης μιας θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας;

 

Ορισμένες προσεγγίσεις εξακολουθούν να ξεκινούν από κάτι σαν τον παραδοσιακό συντεταγμένο χρόνο, αλλά στη συνέχεια προσθέτουν ξανά τον χρόνο ως μέρος ενός χωροχρόνου με περισσότερες διαστάσεις από τις τέσσερις που έχουμε συνηθίσει.

 

Σε άλλες προσεγγίσεις, ο χρόνος προκύπτει από πιο θεμελιώδεις έννοιες σχετικά με το Σύμπαν.

 

Ο χρόνος μπορεί ακόμη και να αποδειχθεί «κβαντισμένος», που σημαίνει ότι αν μεγεθύνουμε σε αρκετά μικρές κλίμακες, θα βλέπουμε τόσο τον χρόνο όσο και τον χώρο ως άμορφους. Έτσι, καταλήγουμε σε κβάντα (άτομα) χωροχρόνου.

 

Ο συνδυασμός της κβαντομηχανικής και της Γενικής Σχετικότητας είναι καλός και ωφέλιμος, αλλά υπάρχει ένα βασικό μυστήριο που δεν απαντά: γιατί ο χρόνος φαίνεται να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση;

 

Η θεωρία των υπερχορδών, η οποία θεωρεί τα συστατικά του Σύμπαντος ως δονούμενες χορδές και όχι ως σημεία στο χώρο, αποτελεί μια προσπάθεια ενοποίησης της κβαντομηχανικής και της Γενικής Σχετικότητας, αλλά απαιτεί μια εντελώς διαφορετική κατανόηση του χρόνου.

 

Αυτό μας φέρνει στον τρίτο ορισμό του χρόνου, που προέρχεται από τη θερμοδυναμική, η οποία περιγράφει τις ιδιότητες μεγάλου αριθμού σωματιδίων που αντιμετωπίζονται με βάση μακροποσότητες όπως η θερμότητα, η θερμοκρασία και η πίεση.

 

Εδώ, ο χρόνος δεν είναι ούτε διάσταση ούτε ετικέτα, αλλά μια κατεύθυνση – που δείχνει από το παρελθόν προς το μέλλον.

 

Αυτό συνήθως διατυπώνεται ως προς την κατεύθυνση της αυξανόμενης εντροπίας: το Σύμπαν μας που ξετυλίγεται, μπάλες που κυλούν προς τα κάτω, παγάκια που λιώνουν σε ένα ποτήρι νερό και ούτω καθεξής.

 

Ωστόσο, παρά όλες τις μη αναστρέψιμες διεργασίες που βλέπουμε γύρω μας, το γεγονός είναι ότι, σε όλες τις θεμελιώδεις εξισώσεις της φυσικής, η αντιστροφή της κατεύθυνσης του χρόνου δεν εμποδίζει τις εξισώσεις να λειτουργήσουν.

 

Δηλαδή, ο χρόνος θα μπορούσε να δείχνει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και δεν θα μπορούσαμε να διακρίνουμε το μέλλον από το παρελθόν. Ωστόσο, βλέπουμε μια σαφή διαφορά μεταξύ του παρελθόντος και του μέλλοντος.

 

Αυτό είναι « το δεύτερο πρόβλημα του φυσικού χρόνου ». Πώς μπορούμε να συμβιβάσουμε το γεγονός ότι οι εξισώσεις μας λειτουργούν εξίσου καλά, ανεξάρτητα από την πορεία του χρόνου, με την μη αντιστρεψιμότητα του χρόνου που βιώνουμε στον κόσμο;

 

Για αυτό, ίσως χρειαστεί να κοιτάξουμε προς τον κβαντικό τομέα και τα ενδιαφέροντα φαινόμενα της διεμπλοκής.

 

Κβαντική διεμπλοκή

 

Τα κβαντικά αντικείμενα όπως τα ηλεκτρόνια ή τα φωτόνια μπορούν να έχουν ιδιότητες που δεν έχουν καθοριστεί πριν μετρηθούν, όπως η θέση, η ορμή, η ενέργεια ή η κατεύθυνση της περιστροφής.

 

Δηλαδή, μπορούν να υπάρχουν σε μια «κβαντική υπέρθεση» έχοντας ένα εύρος τιμών ταυτόχρονα, όπως να είναι απλωμένα στο χώρο ή να περιστρέφονται σε δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα.

 

Μόνο όταν επιλέγουμε να παρατηρήσουμε μια ιδιότητα, αναγκάζουμε το κβαντικό σύστημα να αποφασίσει για μία από τις πολλές επιλογές αυτής της ιδιότητας στην οποία συνυπήρχε.

 

Αλλά αν, πριν από τη μέτρησή μας, ένα ηλεκτρόνιο αλληλεπιδράσει με ένα δεύτερο, τότε αυτό το δεύτερο ηλεκτρόνιο μπορεί να «μολυνθεί» από την υπέρθεση του πρώτου. Θα βρεθεί επίσης σε μια κατάσταση αβεβαιότητας πριν από τη μέτρηση.

 

Λέμε ότι τα δύο ηλεκτρόνια είναι κβαντικά πεπλεγμένα και πρέπει να τα περιγράψουμε ως μία ενιαία κβαντική οντότητα.

 

Η κβαντική διεμπλοκή (που απεικονίζεται εδώ) είναι μια θεωρία που συνδέει δύο σωματίδια στο χρόνο και τον χώρο. Οι τροποποιήσεις στο ένα σωματίδιο θα αντικατοπτρίζονται στο άλλο.

 

Το ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της διεμπλοκής είναι ότι η παρατήρηση μόνο ενός από τα δύο ηλεκτρόνια αναγκάζει επίσης το δεύτερο να προσκολληθεί σε μία από τις διαθέσιμες επιλογές στην υπέρθεσή του. Αυτό θα συμβεί ταυτόχρονα, όσο μακριά κι αν βρίσκονται μεταξύ τους.

 

Και δεν είναι καν η εμπλοκή μεταξύ δύο ηλεκτρονίων που χρειάζεται να ληφθεί υπόψη. Ολόκληρο το Σύμπαν μπορεί να γίνει - και μάλιστα αναπόφευκτα θα γίνει - κβαντικά εμπλεκόμενο με το περιβάλλον του.

 

Στην πραγματικότητα, θα πρέπει να σταματήσουμε να σκεφτόμαστε την κβαντική διεμπλοκή ως κάποιο είδος παράξενου φαινομένου που σπάνια εμφανίζεται στη φύση ή ότι είναι «τρομακτικό», όπως είπε κάποτε ο Αϊνστάιν. Αντίθετα, είναι μια από τις πιο διαδεδομένες, αν όχι η πιο διαδεδομένη, διεργασίες στο Σύμπαν.

 

Πώς, λοιπόν, μπορεί να μας βοηθήσει να απομυθοποιήσουμε τη φύση του χρόνου;

 

Το 1983, οι Don Page και William Wootters πρότειναν για πρώτη φορά μια σύνδεση μεταξύ του χρόνου και της κβαντικής διεμπλοκής, διασώζοντας τον χρόνο από την άχρονη εξίσωση Wheeler-DeWitt.

 

Φανταστείτε ότι κάποιο υποθετικό κβαντικό ρολόι είναι εμπλεκόμενο με το περιβάλλον του.

 

Αντί να σκεφτόμαστε το ρολόι να βρίσκεται σε μια υπέρθεση δύο τοποθεσιών στο χώρο, μπορούμε να τις συνδυάσουμε σε ένα αλληλοσυνδεόμενο σύστημα ρολογιού + περιβάλλοντος σε μια υπέρθεση καταστάσεων σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.

 

Τώρα, όταν μετράμε το ρολόι διαβάζοντας την ώρα, αναγκάζουμε το περιβάλλον του ρολογιού να προσαρμόζεται μόνο σε αυτό που έκανε εκείνη τη στιγμή.

 

Τι γίνεται, λοιπόν, αν σκεφτούμε τη συνολική κατάσταση του Σύμπαντος, η οποία μπορεί να είναι άχρονη, ως αποτελούμενη από δύο μέρη: (1) ένα ρολόι και (2) όλα τα άλλα;

 

Για εμάς, ενσωματωμένους μέσα σε «όλα τα άλλα», η αντίληψη μιας συγκεκριμένης ώρας ισοδυναμεί με τη μέτρηση του ρολογιού εκείνη την ώρα, επομένως αντιλαμβανόμαστε την πραγματικότητα – το περιβάλλον του ρολογιού, γνωστό και ως το Σύμπαν – εκείνη τη στιγμή.

 

Αλλά, θεωρούμενοι από «έξω» του Σύμπαντος, όλοι οι χρόνοι συνυπάρχουν και δεν υπάρχει «πέρασμα» χρόνου, όπως υποστήριξαν οι Wheeler και DeWitt.

 

Κβαντική αιτιότητα

 

Αν η κβαντομηχανική μας λέει ότι ένα σύστημα μπορεί να βρίσκεται σε υπέρθεση καταστάσεων σε δύο διαφορετικές χρονικές στιγμές, τότε αυτό έχει μια ακόμη πιο συναρπαστική συνέπεια όταν λάβουμε υπόψη τη σειρά αιτίας και αποτελέσματος.

 

Δηλαδή, για να συμβεί κάτι, η αιτία πρέπει να προηγείται του αποτελέσματος.

 

Σκεφτείτε δύο γεγονότα, το Α και το Β, όπως λάμψεις φωτός που δημιουργούνται από δύο πηγές σε διαφορετικά μέρη.

 

Η σχέση αιτίας και αποτελέσματος σημαίνει ότι υπάρχουν τρεις πιθανότητες: 1) Η λάμψη Α συνέβη πριν από τη λάμψη Β και, μέσω κάποιου μηχανισμού, θα μπορούσε να έχει ενεργοποιήσει τη λάμψη Β· 2) Η λάμψη Β συνέβη πριν από τη λάμψη Α και θα μπορούσε να την έχει ενεργοποιήσει· 3) Καμία από τις δύο δεν θα μπορούσε να έχει ενεργοποιήσει την άλλη επειδή βρίσκονται πολύ μακριά στο χώρο και πολύ κοντά στο χρόνο για να σταλεί ένα σήμα ενεργοποίησης από τη μία τοποθεσία στην άλλη.

 

Η εντροπία, η ιδέα ότι η τάξη ενός συστήματος καταρρέει καθώς ο χρόνος προχωρά, θεωρείται αναπόφευκτη και μη αναστρέψιμη. Αλλά οι θεωρίες μας φαίνεται να υποδηλώνουν το αντίθετο.

 

Τώρα, η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν δηλώνει ότι όλοι οι παρατηρητές, ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινούνται ο ένας σε σχέση με τον άλλον, βλέπουν το φως να ταξιδεύει με την ίδια σταθερή ταχύτητα.

 

Αυτό το εκπληκτικό αλλά απλό γεγονός μπορεί να οδηγήσει τους παρατηρητές να βλέπουν γεγονότα να συμβαίνουν με διαφορετική σειρά.

 

Για την επιλογή (3) παραπάνω, δύο παρατηρητές που κινούνται ο ένας σε σχέση με τον άλλον κοντά στην ταχύτητα του φωτός ενδέχεται να διαφωνούν ως προς τη σειρά των λάμψεων.

 

Ευτυχώς, δεν υπάρχει κίνδυνος ένα αποτέλεσμα να προηγηθεί της αιτίας του (γνωστό ως «παραβίαση της αιτιότητας»), καθώς τα γεγονότα απέχουν πολύ μεταξύ τους για να προκαλέσει το ένα το άλλο.

 

Ωστόσο, τι θα συνέβαινε αν οι επιλογές (1) και (2) συνυπήρχαν σε μια κβαντική υπέρθεση; Η αιτιώδης σειρά των δύο γεγονότων δεν θα ήταν πλέον σταθερή.

 

Θα υπήρχαν σε μια συνδυασμένη κατάσταση όπου η Λάμψη Α θα συμβαίνει πριν και θα προκαλεί τη Λάμψη Β, και όπου η Β θα συμβαίνει πρώτη. Βλέπουμε λοιπόν ότι η αιτία και το αποτέλεσμα μπορεί να γίνουν θολά όταν συνδυάζουμε την κβαντομηχανική και τη σχετικότητα.

 

Γίνεται ακόμη πιο συναρπαστικό όταν εισάγουμε τη βαρύτητα μέσω της Γενικής Σχετικότητας.

 

Ορίστε ένα ενδιαφέρον νοητικό πείραμα. Φανταστείτε δύο κβαντικά πεπλεγμένα ρολόγια, το καθένα σε μια υπέρθεση διαφορετικών υψών πάνω από την επιφάνεια της Γης. Σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα, αυτό θα σήμαινε ότι τα δύο ρολόγια χτυπούν με ελαφρώς διαφορετικούς ρυθμούς, λόγω της μικρής διαφοράς στο βαρυτικό πεδίο.

 

Η υπέρθεση εδώ είναι ένας συνδυασμός της Κατάστασης 1 στην οποία το ρολόι Α είναι υψηλότερο από το ρολόι Β, και επομένως χτυπάει λίγο πιο γρήγορα, και της Κατάστασης 2 στην οποία τα ρολόγια εναλλάσσονται.

 

Μέχρι να μετρηθεί αυτή η συνδυασμένη κατάσταση εμπλοκής διαβάζοντας την ώρα σε ένα από τα ρολόγια, δεν είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η σειρά τυχόν συμβάντων που καταγράφονται από τα δύο ρολόγια.

 

Και αν δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε ποια γεγονότα βρίσκονται στο μέλλον και ποια στο παρελθόν, καταλήγουμε στην πιθανότητα γεγονότα που δρουν αντίστροφα στον χρόνο να προκαλέσουν γεγονότα στο παρελθόν τους.

 

Αν, σε κβαντικό επίπεδο, γεγονότα του παρελθόντος μπορούν να επηρεαστούν από γεγονότα του μέλλοντος, τότε όλα τα στοιχήματα είναι άκυρα.

 

Ενώ ορισμένοι φυσικοί υποστηρίζουν ότι η αιτιότητα είναι ιερή και πρέπει να διατηρηθεί πάση θυσία, άλλοι έχουν υποστηρίξει την ιδέα της οπισθοαιτιότητας (το μέλλον επηρεάζει το παρελθόν) και ακόμη και του κβαντικού ταξιδιού στο χρόνο.

 

Είναι πολύ πιθανό ότι ακόμη και αν βρούμε την αληθινή μας θεωρία για την κβαντική βαρύτητα, ο χρόνος θα αποδειχθεί ότι δεν είναι μία ενιαία έννοια, αλλά μάλλον ένα πολύπλευρο, πολύπλοκο στοιχείο.

 

Ίσως όντως να διατηρεί τις διαφορετικές ιδιότητές του ανάλογα με τον τρόπο που το χρησιμοποιούμε: μια διάσταση του χωροχρόνου, μια συντεταγμένη προς μέτρηση και ένα μη αναστρέψιμο βέλος.

 

Όλα αυτά έχουν νόημα μόνο με τον κατά προσέγγιση, σε σμίκρυνση, τρόπο που αντιλαμβανόμαστε υποκειμενικά τον χρόνο. Και αυτό μας προσκαλεί να εμβαθύνουμε ακόμη περισσότερο στα μυστήρια του χρόνου.

 

Συγγραφέας: Καθηγητής Τζιμ Αλ-Χαλίλι

 

ΠΗΓΗ: yogaesoteric

https://yogaesoteric.net/en/time-might-not-exist-and-were-starting-to-understand-why/