Великие тайны физики: время — иллюзия?

Первый выпуск нового подкаста, Отличные загадки по физике, вникает в сложную природу времени. Бросая вызов традиционным представлениям об абсолютном времени, исследователи обсуждают теории относительности времени и его переплетения с пространством, что противоречит нашему субъективному опыту. Несоответствие можно объяснить увеличением энтропии во Вселенной, но почему Вселенная началась с уменьшения энтропии, остается загадкой. Чтобы решить эту проблему, эксперты предлагают дополнительные исследования, в том числе удаление времени из научных уравнений и изучение термодинамики часов.

Без чувства времени, которое ведет нас от колыбели к могиле, наша жизнь не имела бы смысла. Но на самом базовом уровне физики не уверены, существует ли такое время, которое мы ощущаем.

Это тема первого выпуска нашей новой серии подкастов, Отличные загадки по физике. Ведет Мириам Франкель, научный редактор The Conversation, при поддержке FQxIИнститут фундаментальных вопросов, мы беседуем с тремя исследователями о природе времени.

Ученые давно предполагали, что время абсолютно и универсально — одинаково для всех и везде и существует независимо от нас. Так до сих пор трактуется квантовая механика, управляющая крошечной вселенной атомов и частиц. Но теории относительности Альберта Эйнштейна, применимые к природе в больших масштабах, показали, что время относительно, а не абсолютно — оно может ускоряться или замедляться в зависимости, например, от того, с какой скоростью вы движетесь. Время также переплетается с пространством в «пространстве-времени».

Теории Эйнштейна позволили ученым по-новому изобразить Вселенную: в виде фиксированной четырехмерной массы с тремя пространственными измерениями (высота, ширина, глубина) и временем в виде четвертого квадранта. Этот блок содержит все пространство и время сразу — и время не течет. Теперь в массе нет ничего особенного — то, что одному наблюдателю кажется настоящим, другому кажется просто прошлым.

Но если это так, то почему наше ощущение времени перемещается из прошлого в будущее с такой силой? Один из ответов состоит в том, что энтропия, мера хаоса, во Вселенной всегда возрастает. Когда вы просчитываете цифры, объясняет Шон Кэрролл, физик из Университета Джона Хопкинса в США, оказывается, что ранняя Вселенная имела очень низкую энтропию. «[The universe] Это было очень структурировано и неслучайно, и это немного расслабляло, и с тех пор оно стало только более случайным и хаотичным». Это потенциально создает стрелу времени для людей-наблюдателей.

Мы не знаем, почему Вселенная началась с такой низкой энтропии. Кэрол предполагает, что это может быть потому, что Мы часть мультивселенной Он содержит множество различных вселенных. В таком мире некоторые вселенные, с точки зрения статистики, должны начинаться с низкой энтропии.

С другой стороны, Эмили Адлам, философ физики из Института философии Ротмана при Университете Западного Онтарио в Канаде, считает, что загадка того, почему возникла наша Вселенная с низкой энтропией, — это проблема, которая в конечном итоге проистекает из того факта, что физика является полный предположений о времени.

«Лично я полностью поддерживаю поговорку о том, что время не течет», — объясняет она. «Это своего рода иллюзия, которая возникает из-за того, как мы встроены в мир». Ее интуиция подсказывает, что на базовом уровне все происходит одновременно, даже если нам так не кажется.

Адлам утверждает, что лучший способ понять время — полностью исключить его из наших теорий природы — исключить из уравнений. Интересно, что когда физики пытаются объединить общую теорию относительности с квантовой механикой в ​​теорию всего «квантовой гравитации», время часто исчезает из уравнений.

Эксперименты также могут помочь пролить свет на природу времени, помогая проверить различные комбинации квантовой механики и общей теории относительности. Наталья Арес, инженер[{» 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.