Teka-teki waktu

Waktu selalu menjadi masalah. Pertama, sulit bagi orang yang paling cerdas sekalipun untuk memahami apa itu waktu sebenarnya. Hari ini, ketika tampaknya kita memahami hal ini sampai batas tertentu, banyak yang percaya bahwa tanpanya, setidaknya dalam pengertian tradisional, akan lebih nyaman.

"" Ditulis oleh Isaac Newton. Dia percaya bahwa waktu hanya bisa benar-benar dipahami secara matematis. Baginya, waktu absolut satu dimensi dan geometri tiga dimensi Semesta adalah aspek yang independen dan terpisah dari realitas objektif, dan pada setiap momen waktu absolut, semua peristiwa di Semesta terjadi secara bersamaan.

Dengan teori relativitas khususnya, Einstein menghilangkan konsep waktu simultan. Menurut idenya, simultanitas bukanlah hubungan absolut antara peristiwa: apa yang secara bersamaan dalam satu kerangka acuan belum tentu secara bersamaan di kerangka acuan yang lain.

Contoh pemahaman Einstein tentang waktu adalah muon dari sinar kosmik. Ini adalah partikel subatomik yang tidak stabil dengan masa hidup rata-rata 2,2 mikrodetik. Ini terbentuk di atmosfer atas, dan meskipun kami memperkirakannya hanya menempuh jarak 660 meter (dengan kecepatan cahaya 300 km/s) sebelum hancur, efek pelebaran waktu memungkinkan muon kosmik melakukan perjalanan lebih dari 000 kilometer ke permukaan bumi. dan selanjutnya. . Dalam kerangka acuan dengan Bumi, muon hidup lebih lama karena kecepatannya yang tinggi.

Pada tahun 1907, mantan guru Einstein, Hermann Minkowski, memperkenalkan ruang dan waktu sebagai. Ruangwaktu berperilaku seperti adegan di mana partikel bergerak di alam semesta relatif satu sama lain. Namun, versi ruangwaktu ini tidak lengkap (Lihat juga: ). Itu tidak termasuk gravitasi sampai Einstein memperkenalkan relativitas umum pada tahun 1916. Struktur ruang-waktu terus menerus, halus, melengkung dan berubah bentuk oleh kehadiran materi dan energi (2). Gravitasi adalah kelengkungan alam semesta, yang disebabkan oleh benda-benda masif dan bentuk energi lainnya, yang menentukan jalur yang ditempuh benda. Kelengkungan ini bersifat dinamis, bergerak saat benda bergerak. Seperti yang dikatakan fisikawan John Wheeler, "Ruang-waktu mengambil alih massa dengan memberitahunya bagaimana bergerak, dan massa mengambil alih ruang-waktu dengan memberitahunya bagaimana melengkung."

2. Ruang-waktu Einstein

Waktu dan dunia kuantum

Teori relativitas umum menganggap perjalanan waktu terus-menerus dan relatif, dan menganggap perjalanan waktu bersifat universal dan absolut dalam irisan yang dipilih. Pada 60-an, upaya yang berhasil untuk menggabungkan ide-ide yang sebelumnya tidak kompatibel, mekanika kuantum, dan relativitas umum menghasilkan apa yang dikenal sebagai persamaan Wheeler-DeWitt, sebuah langkah menuju teori. gravitasi kuantum. Persamaan ini memecahkan satu masalah tetapi menciptakan masalah lain. Waktu tidak berperan dalam persamaan ini. Hal ini menyebabkan kontroversi besar di antara fisikawan, yang mereka sebut masalah waktu.

Carlo Rovelli (3), seorang fisikawan teoretis Italia modern memiliki pendapat yang pasti tentang hal ini. “, tulisnya dalam buku “The Secret of Time”.

3. Carlo Rovelli dan bukunya

Mereka yang setuju dengan interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum percaya bahwa proses kuantum mematuhi persamaan Schrödinger, yang simetris dalam waktu dan muncul dari keruntuhan gelombang suatu fungsi. Dalam entropi versi mekanika kuantum, ketika entropi berubah, bukan panas yang mengalir, tetapi informasi. Beberapa fisikawan kuantum mengklaim telah menemukan asal usul panah waktu. Mereka mengatakan bahwa energi menghilang dan objek sejajar karena partikel elementer mengikat bersama saat mereka berinteraksi dalam bentuk "belitan kuantum." Einstein, bersama rekan-rekannya Podolsky dan Rosen, menemukan perilaku ini tidak mungkin karena bertentangan dengan pandangan realis lokal tentang sebab-akibat. Bagaimana partikel yang terletak berjauhan dapat berinteraksi satu sama lain sekaligus, tanya mereka.

Pada tahun 1964, ia mengembangkan tes eksperimental yang menyangkal klaim Einstein tentang apa yang disebut variabel tersembunyi. Oleh karena itu, diyakini secara luas bahwa informasi memang berjalan di antara partikel-partikel yang terjerat, berpotensi lebih cepat daripada yang dapat ditempuh cahaya. Sejauh yang kami tahu, waktu tidak ada untuk partikel terjerat (4).

Sekelompok fisikawan di Universitas Ibrani yang dipimpin oleh Eli Megidish di Yerusalem melaporkan pada tahun 2013 bahwa mereka telah berhasil menjerat foton yang tidak hidup berdampingan dalam waktu. Pertama, pada langkah pertama, mereka menciptakan sepasang foton terjerat, 1-2. Tak lama kemudian, mereka mengukur polarisasi foton 1 (sifat yang menggambarkan arah osilasi cahaya) - dengan demikian "membunuhnya" (tahap II). Foton 2 dikirim dalam perjalanan, dan pasangan terjerat 3-4 baru terbentuk (langkah III). Foton 3 kemudian diukur bersama dengan foton 2 berjalan sedemikian rupa sehingga koefisien keterikatan "berubah" dari pasangan lama (1-2 dan 3-4) ke pasangan baru 2-3 (langkah IV). Beberapa waktu kemudian (tahap V) polaritas satu-satunya foton 4 yang masih hidup diukur dan hasilnya dibandingkan dengan polarisasi foton 1 yang telah lama mati (kembali ke tahap II). Hasil? Data mengungkapkan adanya korelasi kuantum antara foton 1 dan 4, "sementara non-lokal". Ini berarti keterjeratan dapat terjadi dalam dua sistem kuantum yang tidak pernah hidup berdampingan dalam waktu.

Megiddish dan rekan-rekannya mau tak mau berspekulasi tentang kemungkinan interpretasi hasil mereka. Mungkin pengukuran polarisasi foton 1 pada langkah II entah bagaimana mengarahkan polarisasi 4 masa depan, atau pengukuran polarisasi foton 4 pada langkah V entah bagaimana menimpa keadaan polarisasi foton 1. sebelumnya, baik dalam arah maju maupun mundur, kuantum korelasi menyebar ke kekosongan kausal antara kematian satu foton dan kelahiran yang lain.

Apa artinya ini dalam skala makro? Para ilmuwan, membahas kemungkinan implikasi, berbicara tentang kemungkinan bahwa pengamatan kita terhadap cahaya bintang entah bagaimana mendikte polarisasi foton 9 miliar tahun yang lalu.

Sepasang fisikawan Amerika dan Kanada, Matthew S. Leifer di Chapman University di California dan Matthew F. Pusey di Perimeter Institute for Theoretical Physics di Ontario, memperhatikan beberapa tahun yang lalu bahwa jika kita tidak berpegang pada fakta bahwa Einstein. Pengukuran yang dilakukan pada sebuah partikel dapat tercermin di masa lalu dan masa depan, yang menjadi tidak relevan dalam situasi ini. Setelah merumuskan kembali beberapa asumsi dasar, para ilmuwan mengembangkan model berdasarkan teorema Bell di mana ruang berubah menjadi waktu. Perhitungan mereka menunjukkan mengapa, dengan asumsi bahwa waktu selalu di depan, kita tersandung kontradiksi.

Menurut Carl Rovelli, persepsi manusia kita tentang waktu terkait erat dengan bagaimana energi panas berperilaku. Mengapa kita hanya tahu masa lalu dan bukan masa depan? Kuncinya, menurut ilmuwan, aliran panas searah dari benda yang lebih hangat ke benda yang lebih dingin. Es batu yang dilemparkan ke dalam secangkir kopi panas mendinginkan kopi. Tetapi prosesnya tidak dapat diubah. Manusia, sebagai semacam "mesin termodinamika", mengikuti panah waktu ini dan tidak dapat memahami arah lain. "Tetapi jika saya mengamati keadaan mikroskopis," tulis Rovelli, "perbedaan antara masa lalu dan masa depan menghilang ... dalam tata bahasa dasar, tidak ada perbedaan antara sebab dan akibat."

Waktu diukur dalam fraksi kuantum

Atau mungkin waktu bisa dikuantifikasi? Sebuah teori baru yang muncul baru-baru ini menunjukkan bahwa interval waktu terkecil yang dapat dibayangkan tidak dapat melebihi sepersejuta dari satu miliar dari satu miliar detik. Teori ini mengikuti konsep yang setidaknya merupakan properti dasar dari sebuah jam tangan. Menurut para ahli teori, konsekuensi dari penalaran ini dapat membantu menciptakan "teori segalanya".

Konsep waktu kuantum bukanlah hal baru. Model gravitasi kuantum mengusulkan agar waktu dikuantisasi dan memiliki tingkat centang tertentu. Siklus berdetak ini adalah unit minimum universal, dan tidak ada dimensi waktu yang bisa kurang dari ini. Seolah-olah ada medan di dasar alam semesta yang menentukan kecepatan minimum pergerakan segala sesuatu di dalamnya, memberikan massa pada partikel lain. Dalam kasus jam universal ini, "alih-alih memberi massa, itu akan memberi waktu," jelas seorang fisikawan yang mengusulkan untuk mengkuantisasi waktu, Martin Bojowald.

Dengan memodelkan jam universal seperti itu, ia dan rekan-rekannya di Pennsylvania State College di Amerika Serikat menunjukkan bahwa itu akan membuat perbedaan dalam jam atom buatan, yang menggunakan getaran atom untuk menghasilkan hasil paling akurat yang diketahui. pengukuran waktu. Menurut model ini, jam atom (5) terkadang tidak sinkron dengan jam universal. Ini akan membatasi keakuratan pengukuran waktu pada satu jam atom, yang berarti bahwa dua jam atom yang berbeda mungkin tidak cocok dengan panjang periode yang telah berlalu. Mengingat bahwa jam atom terbaik kita konsisten satu sama lain dan dapat mengukur detak hingga 10-19 detik, atau sepersepuluh dari sepersejuta miliar detik, satuan dasar waktu tidak boleh lebih dari 10-33 detik. Ini adalah kesimpulan dari artikel tentang teori ini yang muncul pada Juni 2020 di jurnal Physical Review Letters.

5. Jam atom berbasis lutetium di National University of Singapore.

Menguji apakah satuan waktu dasar seperti itu ada di luar kemampuan teknologi kita saat ini, tetapi tampaknya masih lebih mudah diakses daripada mengukur waktu Planck, yaitu 5,4 × 10–44 detik.

Efek kupu-kupu tidak berfungsi!

Menghapus waktu dari dunia kuantum atau menghitungnya dapat memiliki konsekuensi yang menarik, tetapi jujur ​​​​saja, imajinasi populer didorong oleh sesuatu yang lain, yaitu perjalanan waktu.

Sekitar setahun yang lalu, profesor fisika Universitas Connecticut Ronald Mallett mengatakan kepada CNN bahwa dia telah menulis persamaan ilmiah yang dapat digunakan sebagai dasar untuk mesin waktu nyata. Dia bahkan membangun sebuah alat untuk mengilustrasikan elemen kunci dari teori tersebut. Dia percaya bahwa secara teori itu mungkin mengubah waktu menjadi lingkaranyang akan memungkinkan perjalanan waktu ke masa lalu. Dia bahkan membangun prototipe yang menunjukkan bagaimana laser dapat membantu mencapai tujuan ini. Perlu dicatat bahwa rekan Mallett tidak yakin bahwa mesin waktunya akan pernah terwujud. Bahkan Mallett mengakui bahwa idenya sepenuhnya teoretis pada saat ini.

Pada akhir 2019, New Scientist melaporkan bahwa fisikawan Barak Shoshani dan Jacob Hauser dari Perimeter Institute di Kanada menjelaskan solusi di mana seseorang secara teoritis dapat melakukan perjalanan dari satu umpan berita ke yang kedua, lewat melalui lubang di ruang waktu atau terowongan, seperti yang mereka katakan, "mungkin secara matematis". Model ini mengasumsikan ada alam semesta paralel yang berbeda di mana kita dapat melakukan perjalanan, dan memiliki kelemahan serius - perjalanan waktu tidak mempengaruhi garis waktu para pelancong itu sendiri. Dengan cara ini, Anda dapat memengaruhi kontinum lain, tetapi dari mana kita memulai perjalanan tetap tidak berubah.

Dan karena kita berada dalam kontinuitas ruang-waktu, maka dengan bantuan komputer kuantum Untuk mensimulasikan perjalanan waktu, para ilmuwan baru-baru ini membuktikan bahwa tidak ada "efek kupu-kupu" di alam kuantum, seperti yang terlihat di banyak film dan buku fiksi ilmiah. Dalam eksperimen di tingkat kuantum, rusak, tampaknya hampir tidak berubah, seolah-olah realitas menyembuhkan dirinya sendiri. Sebuah makalah tentang subjek tersebut muncul musim panas ini di Psysical Review Letters. “Pada komputer kuantum, tidak ada masalah dengan mensimulasikan evolusi yang berlawanan dalam waktu, atau dengan mensimulasikan proses pemindahan proses kembali ke masa lalu,” jelas Mikolay Sinitsyn, fisikawan teoretis di Laboratorium Nasional Los Alamos dan rekannya. penulis studi. Bekerja. “Kita benar-benar dapat melihat apa yang terjadi pada dunia kuantum yang kompleks jika kita kembali ke masa lalu, menambahkan beberapa kerusakan, dan kembali. Kami menemukan bahwa dunia purba kami telah bertahan, yang berarti tidak ada efek kupu-kupu dalam mekanika kuantum.”

Ini adalah pukulan besar bagi kami, tetapi juga kabar baik bagi kami. Kontinum ruang-waktu mempertahankan integritas, tidak membiarkan perubahan kecil menghancurkannya. Mengapa? Ini adalah pertanyaan yang menarik, tetapi topik yang sedikit berbeda dari waktu itu sendiri.