ألغاز الفيزياء العظيمة: هل الوقت وهم؟

الحلقة الأولى من البودكاست الجديد ، ألغاز الفيزياء العظيمةيستكشف مدى تعقيد الوقت. يتحدى الباحثون المفاهيم التقليدية للوقت ، ويناقش الباحثون النظريات التي تدعي أن الوقت نسبي ومتشابك مع الفضاء ، مما يتعارض مع تجربتنا الذاتية. قد تفسر هذه المفارقة الزيادة في الإنتروبيا في الكون ، لكن لماذا بدأ الكون بانخفاض إنتروبيا يبقى لغزا. لحل هذه المشكلة ، يقترح الخبراء مزيدًا من البحث ، بما في ذلك إزالة الوقت من المعادلات العلمية والتحقيق في الديناميكا الحرارية للساعات.

بدون الإحساس بالوقت ، لن يكون لحياتنا معنى يذكر إذا قادتنا من المهد إلى اللحد. ولكن على المستوى الأساسي ، فإن الفيزيائيين ليسوا متأكدين من وجود الوقت كما نختبره.

هذا هو عنوان الحلقة الأولى من مسلسل البودكاست الجديد لدينا ، ألغاز الفيزياء العظيمة. باستضافتي ، ميريام فرانكل ، محررة العلوم في The Conversation ، وبدعم من wxyaفي معهد الأسئلة التأسيسية ، تحدثنا إلى ثلاثة باحثين حول طبيعة الوقت.

لطالما افترض العلماء أن الوقت مطلق وعالمي – للجميع ، في كل مكان ، ومعتمد علينا. لا يزال يتم التعامل معه بهذه الطريقة في ميكانيكا الكم ، التي تحكم الصورة المصغرة للذرات والجسيمات. لكن نظريات النسبية لألبرت أينشتاين ، والتي تنطبق على الطبيعة بشكل عام ، أظهرت أن الوقت نسبي وليس مطلقًا – على سبيل المثال ، يمكن أن يسرع أو يبطئ اعتمادًا على مدى سرعة سفرك. يتشابك الوقت أيضًا مع المكان باعتباره “زمكان”.

مكّنت نظريات أينشتاين العلماء من تصور الكون بطريقة جديدة: كحجم ثابت رباعي الأبعاد ، بثلاثة أبعاد مكانية (ارتفاع ، عرض ، وعمق) وزمن رابع. يحتوي هذا المجلد على المكان والزمان في نفس الوقت – والوقت لا يتدفق. لا يوجد شيء مميز في الحجم الآن – ما يبدو للمراقب أنه الحاضر ، ولآخر هو الماضي.

ولكن إذا كان هذا صحيحًا ، فلماذا تعتبر تجربتنا في الانتقال من الماضي إلى المستقبل قوية جدًا؟ أحد الإجابات هو أن الإنتروبيا ، مقياس الفوضى ، يتزايد دائمًا في الكون. عندما تقوم بتشغيل الأرقام ، يشرح شون كارول ، عالم الفيزياء بجامعة جونز هوبكنز ، أن الكون المبكر كان يحتوي على نسبة منخفضة جدًا من الانتروبيا. “[The universe] كان منظمًا وعشوائيًا للغاية ، وأصبح نوعًا من الاسترخاء ، وأكثر عشوائية وغير منظمة. “من المحتمل أن يخلق هذا سهمًا للوقت للمراقبين من البشر.

لا نعرف لماذا بدأ الكون بمثل هذه الإنتروبيا المنخفضة. يقول كارول قد يكون هذا هو السبب نحن جزء من التنوع يتكون من أكوان مختلفة. في مثل هذا العالم ، يجب أن تبدأ بعض الأكوان ، من الناحية الإحصائية ، بإنتروبيا منخفضة.

من ناحية أخرى ، تعتقد إميلي أدلام ، وهي فيلسوفة الفيزياء في معهد رودمان للفلسفة في جامعة ويسترن أونتاريو في كندا ، أن الغموض الذي يكتنف سبب بدء كوننا بانخفاض إنتروبيا ينبع في النهاية من حقيقة أن الفيزياء. مليئة بالافتراضات حول الوقت.

“أنا شخصياً في الجانب الذي يقول أن الوقت لا يمر ،” يشرح. “إنه نوع من الوهم الذي يأتي من الطريقة التي ندمج بها في العالم.” وجهة نظرها هي أنه على المستوى الأساسي ، يحدث كل شيء في وقت واحد – حتى لو لم يكن الأمر كذلك بالنسبة لنا.

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

تساعد التجارب في إلقاء الضوء على طبيعة الوقت واختبار مجموعات مختلفة من ميكانيكا الكم والنسبية العامة. ناتاليا آريس ، مهندسة[{” 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.