Nowa teoria kwantowa może wyjaśniać upływ czasu

Kategorie: 

Źródło: dreamstime.com
Pojęcie tzw. strzałki czasu zostało wprowadzone w 1927 roku przez brytyjskiego astrofizyka, Arthura Eddingtona. Strzałka ta oznacza nic innego, jak czas, który zawsze upływa w jednym kierunku, tj. od przeszłości do przyszłości i proces ten nie może zostać odwrócony.

 

Zjawiska takie jak stygnięcie kawy czy zawalanie się budynków, są czymś zupełnie normalnym. Jednak gdyby tak odwrócić wszystkie prawa fizyki, energia zaczęłaby się kumulować zamiast rozpraszać. W związku z tym, zimna kawa nagrzewałaby się a budynki powstawałyby z ruin. Jednak nowa teoria kwantowa, opracowana przez fizyków, może wyjaśniać upływ czasu. Twierdzą oni, że energia rozprasza się a obiekty uzyskują równowagę ze względu na sposób z jakim cząstki elementarne przeplatają się, gdy oddziałują na siebie. Jest to stan nazywany splątaniem kwantowym.

 

Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden i Andreas Winter opisali odkrycie w 2009 roku w czasopiśmie Physical Review E. Twierdzili oni, że obiekty osiągają równowagę, czyli stan jednolitej dystrybucji energii, w ciągu nieskończonej ilości czasu plątając się kwantowo z ich otoczeniem. W 2012 roku, Tony Short udowodnił iż plątanie się powoduje zrównoważenie w skończonym czasie. Natomiast w lutym tego roku, pojawiła się praca dwóch zespołów naukowych, które obliczyły, że większość fizycznych systemów równoważy się szybko - czas jest proporcjonalny do ich wielkości.

Jeśli kierunek badań jest prawidłowy, to zagadnienie strzałki czasu zaczyna się od idei mechaniki kwantowej, według której natura jest trudna do określenia. Cząstce elementarnej brakuje precyzyjnych właściwości fizycznych i jest określana tylko przez prawdopodobieństwo bycia w różnych stanach. Przykładowo w danej chwili, cząstki mogą mieć 50% szans aby obracać się zgodnie ze wskazówkami zegara oraz 50%, aby obracać się w przeciwną stronę. Twierdzenie, które zostało poparte doświadczeniami przez fizyka Johna Bella głosi, że nie istnieje prawdziwy stan cząstki i pozostaje kierowanie się prawdopodobieństwem.

 

Kwantowa niepewność prowadzi następnie do splątania. Gdy dwie cząsteczki oddziałują na siebie, nie mogą one zostać określone nawet przez same siebie, niezależnie rozwijając prawdopodobieństwa, zwane stanem czystym. Zamiast tego, stają się splątanymi składnikami bardziej skomplikowanego rozkładu prawdopodobieństwa, które opisuje razem obie cząsteczki. Rozkład ten może decydować np. czy cząstki obracają się w przeciwnym kierunku.

 

System ten, jako całość, jest w stanie czystym, ale stan poszczególnych cząstek jest powiązany z tą drugą cząstką. Obie mogą podróżować na odległość wielu lat świetlnych od siebie a spin każdej z nich pozostanie skorelowany z tą drugą. Albert Einstein nazwał to zjawisko "upiornym działaniem na odległość".

Źródło: Delft University of Technology

Około 30 lat temu, Seth Lloyd po raz pierwszy przedstawił teorię, według której splątanie może wyjaśniać strzałkę czasu. Naukowiec zdał sobie sprawę, że niepewność kwantowa oraz sposób z jakim się rozprzestrzenia gdy cząsteczki stają się coraz bardziej splątane, mogą być prawdziwym źródłem strzałki czasu.

 

Lloyd przez kilka lat studiował ewolucję cząstek w zakresie zmian zero-jedynkowych. Odkrył, że gdy cząstki stają się coraz bardziej splątane ze sobą, informacja która je pierwotnie opisywała może zmienić się i opisywać układ splątanych cząsteczek jako całość. Ostatecznie, korelacje zawierały wszystkie informacje, ale poszczególne cząstki nie zawierały żadnych. Naukowiec odkrył, że w tym momencie cząsteczki dochodzą do stanu równowagi a ich stany przestały się zmieniać. Jako przykład podano kawę, która schłodziła się do temperatury pokojowej.

 

W 2009 roku, zespół uczonych z Uniwersytetu w Bristolu (Popescu, Short, Linden i Winter) udowodnił, że gdy obiekt oddziaływuje z otoczeniem, przykładowo gdy cząsteczki z filiżanki kawy zderzają się z powietrzem, informacje o ich właściwościach "wyciekają" na zewnątrz i stają się "rozmazane" w całym środowisku. Utrata informacji powoduje, że stan kawy stagnuje nawet gdy stan czysty całego pomieszczenia nadal ewoluuje. Popescu powiedział, że jej stan przestaje się zmieniać w czasie.

 

Gdy stan czysty pomieszczenia ewoluuje, kawa mogłaby nagle stać się niezmieszana z powietrzem i wprowadzić własny czysty stan. Jednak istnieje znacznie więcej stanów mieszanych niż stanów czystych, dostępnych dla kawy, przez co praktycznie nigdy się nie zdarzają. To statystyczne nieprawdopodobieństwo daje strzałce czasu wrażenie nieodwracalności.

Nowa teoria dotycząca strzałki czasu określa to jako utratę informacji poprzez splątanie kwantowe, które kieruje filiżankę kawy do równowagi z otaczającym ją pomieszczeniem. Ewentualnie pomieszczenie osiąga równowagę z otoczeniem zewnętrznym, a to z kolei kieruje się powoli ku równowadze z resztą Wszechświata. 19-wieczni naukowcy, którzy zajmowali się termodynamiką, postrzegali ten proces jako stopniowe rozpraszanie energii, które zwiększa entropię Wszechświata.

 

Dziś fizycy uważają, że informacja staje się coraz bardziej rozproszona lecz nigdy nie zanika całkowicie. Choć entropia wzrasta lokalnie, ich zdaniem ogólna entropia Wszechświata stale pozostaje na poziomie zera. Jednak jeden z aspektów, dotyczących strzałki czasu, pozostaje nierozwiązany. Popescu powiedział, że nie wyjaśnia ona dlaczego stan początkowy Wszechświata był daleki od równowagi, sugerując, że należałoby wyjaśnić naturę Wielkiego Wybuchu.

Wizja artystyczna Wielkiego Wybuchu

Nowe podejście musi się jeszcze wykazać jako narzędzie do analizowania właściwości termodynamicznych konkretnych rzeczy, takich jak kawa, szkło czy egzotyczne stany materii. Chodzi o to, aby znaleźć kryteria opisujące rzeczy, które zachowują się przykładowo tak, jak filiżanka kawy. Niektórzy badacze wyrażają wątpliwość co do nowego podejścia, jednak rozwijanie się koncepcji oraz nowy formalizm matematyczny pomaga obecnie rozwiązywać teoretyczne pytania, dotyczące termodynamiki.

 

Uczeni twierdzą, że zdolność człowieka do zapamiętania przeszłości, ale nie przyszłości, również można rozumieć jako tworzenie się związków między oddziałującymi cząsteczkami. Gdy czytamy wiadomość na kartce papieru, mózg staje się skorelowany z nią za pośrednictwem fotonów, które docierają do oczu. Dopiero od tego momentu możemy zapamiętać co mówi nam ta wiadomość.

 

Seth Lloyd powiedział, że teraźniejszość może być określona poprzez proces korelacji z naszym otoczeniem. "Możemy dyskutować o tym, że godzinę temu nasze mózgi były w stanie, który korelował z mniejszą ilością rzeczy. Ale nasz pogląd, że czas płynie - to zupełnie inna sprawa". Jego zdaniem potrzebne będą kolejne rewolucje w dziedzinie fizyki, które to wszystko nam wyjaśnią.

 

 

Źródło: http://www.simonsfoundation.org/quanta/20140416-times-arrow-traced-to-quantum-source/

Ocena: 

1
Średnio: 1 (1 vote)

Komentarze

Portret użytkownika TomaszMie

Moim zdaniem fizycy cały czas

Moim zdaniem fizycy cały czas popełniają jeden podstawowy błąd w zrozumieniu czasu. Nie ma czegoś takiego jak strzałka czasu i upływ czasu. Czas jest jedynie miarą służącą do mierzenia zachodzących zmian położenia składowych wszechświata względem innych składowych; zmian powstałych na skutek ruchu, przeskoku kwantowego bądź czegokolwiek innego, co powoduje, że jedna składowa wszechświata (o określonej przez nas wielkości - może to być np. elektron, foton, atom, komórka myszy, wahadło zegara, planeta, pulsar, galaktyka, a nawet cały wszechświat) zmienia w przestrzeni położenie względem innej składowej naszego wszechświata, o określonej PRZEZ NAS skali/odległości czy jak to nazwać. Prostą o długości jednego metra można podzielić na nieskończoną liczbę odcinków i tak samo miarę o nazwie czas także można podzielić na niezliczoną ilość "odcinków".

"Przykładowo w danej chwili, cząstki mogą mieć 50% szans aby obracać się zgodnie ze wskazówkami zegara oraz 50%, aby obracać się w przeciwną stronę. Twierdzenie, które zostało poparte doświadczeniami przez fizyka Johna Bella głosi, że nie istnieje prawdziwy stan cząstki i pozostaje kierowanie się prawdopodobieństwem." Ten cytat najlepiej pokazuje, jak cały czas niezrozumiały jest fizyków czas. Wskazówka zegara jest jedynie miernikiem zachodzących w naszym wszechświecie zmian i nie ma czegoś takiego jak jej kierunek. On istnieje tylko dla nas i całkowicie błędnie przenoszony jest do zrozumienia tejże miary, czyli czasu. Czas jest jedynie miarą zmian, taką samą jak metrówka służąca do mierzenia odległości lub litr do mierzenia objętości. Czy nikt na świecie tego nie rozumie? To jest kluczowe jeżeli chcemy myśleć o dalszym postępie w fizyce na zadowalającym poziomie. Jak można wyjaśniać strzałkę miary zmian, jeżeli ta miara może być przykładana dowolnie w każdym dowolnym punkcie przestrzeni wszechświata i zależy od osoby ją przykładającej... To jest podstawowy błąd myślenia, który potem skutkuje takimi całkowicie błędnymi wnioskami wyciąganymi przez fizyków.

Portret użytkownika Lewak

Kolego, "zmiana", czy "ruch"

Kolego, "zmiana", czy "ruch" to ciąg stanów układu rozłożony w czasie. Nie ma "zmian" bez udziału czasu. Czas porządkuje zdarzenia. Nie może być więc czas, którego - jak piszesz - nie ma, "miarą zmian"

Portret użytkownika Et

Czas nie istnieje. 

Czas nie istnieje. 

Dla każdego ciała w zależności od prędkości z jaką to cialo się porusza, czas biegnie inaczej. Paradoks podróżnego  

Więc czas we wszechświecie nie istnieje bo nie ma możliwości określenia jego jednej miary. 

 

Portret użytkownika Elza

"Uczeni twierdzą, że zdolność

"Uczeni twierdzą, że zdolność człowieka do zapamiętania przeszłości, ale nie przyszłości, również można rozumieć jako tworzenie się związków między oddziałującymi cząsteczkami. Gdy czytamy wiadomość na kartce papieru, mózg staje się skorelowany z nią za pośrednictwem fotonów, które docierają do oczu. Dopiero od tego momentu możemy zapamiętać co mówi nam ta wiadomość."
Ale przecież nie potrzebujemy fotonów do zapamiętywania informacji, jest jeszcze kilka innych zmysłów...czy ja czegoś nie rozumiem?

Portret użytkownika TS

Czas to tylko iluzja, która

Czas to tylko iluzja, która ułatwia nam uporządkowanie zmienności doświadczanych przez nas zjawisk. Jeżeli spojrzymy na "linię czasu" to zauważymy, że przyszłości jeszcze nie ma, a przeszłości już nie ma. To powoduje, że koncepcja czasu, jako czegoś realnego legnie w gruzach. Pozostaje nam tylko tu i teraz - ale tak naprawdę, jak tylko próbujemy owe tu i teraz złapać to również już go nie ma Smile

Portret użytkownika Sławek

Wychodząc z założenia, że to

Wychodząc z założenia, że to nie byt określa świadomość ale że to świadomość tworzy rzeczywistość. Nie możemy w ramach naszego pojmowania czasu określić go w żaden sposób. Dochodzi tu do paradoksu poznawczego. Przypomina to tworzenie własnych teori, założeń, relacji w ramach których tworzymy kolejne pojęcia, wielkości i relacje..etc etc..

Portret użytkownika pozasystemem

Hmmm... czas to nic innego

Hmmm... czas to nic innego jak zmiany dziejace sie za pomoca ruchu. Podroze w czasie bylyby mozliwe gdybysmy w calym wszechswiecie albo tylko na danym obszarze (nie wiem jak mialoby sie to do reszty wszechswiata) potrafili cofnac ruch do stanu poprzedniego. CZAS = RUCH
jest to moja wlasna, indywidualna teoria naukowa bedaca faktem. Ruszmy wszelkie istnienie w "tyl" i mamy powrot do przyszlosci Szczesliwy
Czas nie plynie tam gdzie nie ma drgan

Portret użytkownika lukasz

Nie ma czegoś takiego jak

Nie ma czegoś takiego jak czas. Czas to tylko nazwa wymyślona przez człowieka by określić zmienność rzeczy.
Nie ma czegoś takiego jak upływ czasu. To tylko potoczne określenia, a naukowcy mają taki problem, że zapętlają się już we własnym myśleniu. 

Portret użytkownika TED

Mierzenie jest to

Mierzenie jest to porównywanie jednej wielkości z drugą wielkościa przyjętą za jednostkę miary. Czas mierzymy wysokością położenia słońca nad horyzontem, położeniem wskazówek zegara, ilościa przesypanego piasku itd itd. Taki pomiar jest niezgodny z definicją pomiaru. Wniosek: Nie jeseśmy w stanie zmierzyć czasu, bo nie mamy jego miary. Czas nie istnieje. To co nazywamy upływem czasu jest tylko wyrazem przemian jakim podlega materia, energia i przestrzen.

Skomentuj