ألغاز الفيزياء العظيمة: هل الوقت وهم؟

الحلقة الأولى من البودكاست الجديد ، ألغاز عظيمة في الفيزياءيتعمق في الطبيعة المعقدة للوقت. يتحدى الباحثون المفاهيم التقليدية للوقت على أنها مطلقة ، ويناقش الباحثون النظريات التي تشير إلى أن الوقت نسبي ومتشابك مع الفضاء ، وهو مفهوم يتعارض مع تجربتنا الذاتية. يمكن أن يُعزى التناقض إلى زيادة الإنتروبيا في الكون ، لكن لماذا بدأ الكون بانخفاض إنتروبيا يظل لغزًا. لحل هذه المشكلة ، يقترح الخبراء بحثًا إضافيًا بما في ذلك إزالة الوقت من المعادلات العلمية والتحقيق في الديناميكا الحرارية للساعات.

بدون إحساس بالوقت ، يقودنا من المهد إلى اللحد ، لن يكون لحياتنا معنى. ولكن على المستوى الأساسي ، فإن الفيزيائيين ليسوا متأكدين مما إذا كان نوع الوقت الذي نختبره موجودًا على الإطلاق.

هذا موضوع الحلقة الأولى من مسلسل البودكاست الجديد لدينا ، ألغاز عظيمة في الفيزياء. باستضافتي ، ميريام فرانكل ، محررة العلوم في The Conversation ، وبدعم من FQxI، معهد الأسئلة التأسيسية ، نتحدث إلى ثلاثة باحثين حول طبيعة الوقت.

افترض العلماء منذ فترة طويلة أن الوقت مطلق وعالمي – نفس الشيء بالنسبة للجميع ، في كل مكان ، وهو موجود بشكل مستقل عنا. لا يزال يتم التعامل معه بهذه الطريقة في ميكانيكا الكم ، التي تحكم الكون الصغير للذرات والجسيمات. لكن نظريات النسبية لألبرت أينشتاين ، والتي تنطبق على الطبيعة بمقاييس كبيرة ، أظهرت أن الوقت نسبي وليس مطلقًا – يمكن أن يسرع أو يبطئ اعتمادًا على السرعة التي تسافر بها ، على سبيل المثال. يتشابك الوقت أيضًا مع الفضاء في “الزمكان”.

مكّنت نظريات أينشتاين العلماء من تصوير الكون بطريقة جديدة: ككتلة ثابتة رباعية الأبعاد ، بثلاثة أبعاد مكانية (ارتفاع ، عرض ، عمق) والوقت كربع رابع. تحتوي هذه الكتلة على كل المكان والزمان في وقت واحد – والوقت لا يتدفق. ليس هناك شيء خاص الآن في الكتلة – ما يبدو أنه حاضر لمراقب واحد ، هو ببساطة الماضي للآخر.

ولكن إذا كان هذا صحيحًا ، فلماذا إذن تنتقل تجربتنا في الوقت من الماضي إلى المستقبل بهذه القوة؟ أحد الإجابات هو أن الإنتروبيا ، مقياس الفوضى ، يتزايد دائمًا في الكون. عندما تقوم بتشغيل الأرقام ، كما يشرح شون كارول ، الفيزيائي في جامعة جونز هوبكنز في الولايات المتحدة ، اتضح أن الكون المبكر كان يحتوي على نسبة منخفضة جدًا من الانتروبيا. “[The universe] كان منظمًا للغاية وغير عشوائي وكان نوعًا من الاسترخاء وأصبح أكثر عشوائية وأكثر تشوشًا منذ ذلك الحين “. من المحتمل أن يخلق هذا سهمًا للوقت للمراقبين البشريين.

لا نعرف لماذا بدأ الكون بمثل هذا الانتروبيا المنخفضة. يقترح كارول أنه قد يكون بسبب نحن جزء من كون متعدد تحتوي على العديد من الأكوان المختلفة. في مثل هذا العالم ، بعض الأكوان ، من الناحية الإحصائية ، يجب أن تبدأ مع إنتروبيا منخفضة.

من ناحية أخرى ، تعتقد إميلي أدلام ، فيلسوفة الفيزياء في معهد روتمان للفلسفة في جامعة ويسترن أونتاريو في كندا ، أن لغز سبب نشوء كوننا بالانتروبيا المنخفضة هو مشكلة تنبع في النهاية من حقيقة أن الفيزياء هي مليئة بالافتراضات عن الوقت.

تشرح قائلة: “أنا شخصياً أؤيد بشدة القول بأن الوقت لا يتدفق”. “هذا نوع من الوهم الذي يأتي من الطريقة التي تصادف أن نكون جزءا لا يتجزأ من العالم”. حدسها هو أنه ، على المستوى الأساسي ، كل شيء يحدث مرة واحدة – حتى لو لم يظهر لنا بهذه الطريقة.

يجادل أدلام بأن أفضل طريقة لفهم الوقت هي إزالته تمامًا من نظرياتنا عن الطبيعة – لتجريده من المعادلات. ومن المثير للاهتمام ، أنه عندما يحاول الفيزيائيون توحيد النسبية العامة مع ميكانيكا الكم في نظرية “الجاذبية الكمومية” لكل شيء ، غالبًا ما يختفي الوقت من المعادلات.

يمكن أن تساعد التجارب أيضًا في إلقاء الضوء على طبيعة الوقت ، مما يساعد على اختبار مجموعات مختلفة من ميكانيكا الكم والنسبية العامة. ناتاليا آريس ، مهندسة في[{” 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.