enigma del tiempo

El tiempo siempre ha sido un problema. En primer lugar, era difícil incluso para las mentes más brillantes comprender qué era realmente el tiempo. Hoy, cuando nos parece que entendemos esto hasta cierto punto, muchos creen que sin él, al menos en el sentido tradicional, será más cómodo.

"" Escrito por Isaac Newton. Creía que el tiempo solo podía entenderse verdaderamente matemáticamente. Para él, el tiempo absoluto unidimensional y la geometría tridimensional del Universo eran aspectos independientes y separados de la realidad objetiva, y en cada momento del tiempo absoluto todos los eventos del Universo ocurrían simultáneamente.

Con su teoría especial de la relatividad, Einstein eliminó el concepto de tiempo simultáneo. Según su idea, la simultaneidad no es una relación absoluta entre eventos: lo que es simultáneo en un marco de referencia no necesariamente lo será en otro.

Un ejemplo de la comprensión del tiempo de Einstein es el muón de los rayos cósmicos. Es una partícula subatómica inestable con una vida media de 2,2 microsegundos. Se forma en la atmósfera superior, y aunque esperamos que viaje solo 660 metros (a la velocidad de la luz 300 km/s) antes de desintegrarse, los efectos de la dilatación del tiempo permiten que los muones cósmicos viajen más de 000 kilómetros hasta la superficie de la Tierra. y además. . En un marco de referencia con la Tierra, los muones viven más tiempo debido a su alta velocidad.

En 1907, el antiguo maestro de Einstein, Hermann Minkowski, introdujo el espacio y el tiempo como. El espacio-tiempo se comporta como una escena en la que las partículas se mueven en el universo unas con respecto a otras. Sin embargo, esta versión del espacio-tiempo estaba incompleta (ver también: ). No incluyó la gravedad hasta que Einstein introdujo la relatividad general en 1916. El tejido del espacio-tiempo es continuo, liso, alabeado y deformado por la presencia de materia y energía (2). La gravedad es la curvatura del universo, causada por cuerpos masivos y otras formas de energía, que determina el camino que toman los objetos. Esta curvatura es dinámica y se mueve a medida que se mueven los objetos. Como dice el físico John Wheeler, "el espacio-tiempo se apodera de la masa diciéndole cómo moverse, y la masa se apodera del espacio-tiempo diciéndole cómo curvarse".

2. El espacio-tiempo de Einstein

El tiempo y el mundo cuántico

La teoría general de la relatividad considera que el paso del tiempo es continuo y relativo, y considera que el paso del tiempo es universal y absoluto en el segmento seleccionado. En la década de 60, un intento exitoso de combinar ideas previamente incompatibles, la mecánica cuántica y la relatividad general condujo a lo que se conoce como la ecuación de Wheeler-DeWitt, un paso hacia una teoría gravedad cuántica. Esta ecuación resolvió un problema pero creó otro. El tiempo no juega ningún papel en esta ecuación. Esto ha dado lugar a una gran controversia entre los físicos, a la que denominan el problema del tiempo.

Carlos Rovelli (3), un físico teórico italiano moderno tiene una opinión definitiva sobre este asunto. “, escribió en el libro “El secreto del tiempo”.

3. Carlo Rovelli y su libro

Quienes están de acuerdo con la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica creen que los procesos cuánticos obedecen a la ecuación de Schrödinger, que es simétrica en el tiempo y surge del colapso ondulatorio de una función. En la versión mecánica cuántica de la entropía, cuando la entropía cambia, no es calor lo que fluye, sino información. Algunos físicos cuánticos afirman haber encontrado el origen de la flecha del tiempo. Dicen que la energía se disipa y los objetos se alinean porque las partículas elementales se unen cuando interactúan en una forma de "entrelazamiento cuántico". Einstein, junto con sus colegas Podolsky y Rosen, consideraron que tal comportamiento era imposible porque contradecía la visión realista local de la causalidad. ¿Cómo pueden las partículas ubicadas lejos unas de otras interactuar entre sí a la vez?, preguntaron.

En 1964, desarrolló una prueba experimental que refutaba las afirmaciones de Einstein sobre las llamadas variables ocultas. Por lo tanto, se cree ampliamente que la información viaja entre partículas entrelazadas, potencialmente más rápido de lo que puede viajar la luz. Hasta donde sabemos, el tiempo no existe para partículas enredadas (4).

Un grupo de físicos de la Universidad Hebrea dirigido por Eli Megidish en Jerusalén informó en 2013 que habían logrado entrelazar fotones que no coexistían en el tiempo. Primero, en el primer paso, crearon un par de fotones entrelazados, 1-2. Poco después, midieron la polarización del fotón 1 (una propiedad que describe la dirección en la que oscila la luz), "matándolo" (etapa II). El fotón 2 se envió en un viaje y se formó un nuevo par entrelazado 3-4 (paso III). Luego se midió el fotón 3 junto con el fotón viajero 2 de tal manera que el coeficiente de entrelazamiento "cambió" de los viejos pares (1-2 y 3-4) al nuevo 2-3 combinado (paso IV). Algún tiempo después (etapa V) se mide la polaridad del único fotón 4 superviviente y los resultados se comparan con la polarización del fotón 1 muerto hace mucho tiempo (de vuelta en la etapa II). ¿Resultado? Los datos revelaron la presencia de correlaciones cuánticas entre los fotones 1 y 4, "temporalmente no locales". Esto significa que el entrelazamiento puede ocurrir en dos sistemas cuánticos que nunca han coexistido en el tiempo.

Megidish y sus colegas no pueden evitar especular sobre las posibles interpretaciones de sus resultados. Tal vez la medición de la polarización del fotón 1 en el paso II de alguna manera dirige la polarización futura de 4, o la medición de la polarización del fotón 4 en el paso V de alguna manera reescribe el estado de polarización anterior del fotón 1. Tanto hacia adelante como hacia atrás, las correlaciones cuánticas se propagan al vacío causal entre la muerte de un fotón y el nacimiento de otro.

¿Qué significa esto en una escala macro? Los científicos, discutiendo las posibles implicaciones, hablan sobre la posibilidad de que nuestras observaciones de la luz de las estrellas dictaran de alguna manera la polarización de los fotones hace 9 mil millones de años.

Un par de físicos estadounidenses y canadienses, Matthew S. Leifer de la Universidad de Chapman en California y Matthew F. Pusey del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Ontario, notaron hace unos años que si no nos atenemos al hecho de que Einstein. Las mediciones realizadas en una partícula pueden reflejarse en el pasado y el futuro, lo que se vuelve irrelevante en esta situación. Después de reformular algunos supuestos básicos, los científicos desarrollaron un modelo basado en el teorema de Bell, en el que el espacio se transforma en tiempo. Sus cálculos muestran por qué, suponiendo que el tiempo siempre está por delante, tropezamos con contradicciones.

Según Carl Rovelli, nuestra percepción humana del tiempo está indisolublemente ligada al comportamiento de la energía térmica. ¿Por qué sólo conocemos el pasado y no el futuro? La clave, según el científico, flujo unidireccional de calor de los objetos más cálidos a los más fríos. Un cubo de hielo arrojado a una taza de café caliente enfría el café. Pero el proceso es irreversible. El hombre, como una especie de "máquina termodinámica", sigue esta flecha del tiempo y es incapaz de entender otra dirección. “Pero si observo un estado microscópico”, escribe Rovelli, “la diferencia entre pasado y futuro desaparece… en la gramática elemental de las cosas no hay distinción entre causa y efecto”.

Tiempo medido en fracciones cuánticas

¿O tal vez el tiempo puede cuantificarse? Una nueva teoría que ha surgido recientemente sugiere que el intervalo de tiempo más pequeño concebible no puede exceder una millonésima de una billonésima de una billonésima de segundo. La teoría sigue un concepto que es al menos la propiedad básica de un reloj. Según los teóricos, las consecuencias de este razonamiento pueden ayudar a crear una "teoría del todo".

El concepto de tiempo cuántico no es nuevo. Modelo de gravedad cuántica propone que el tiempo sea cuantizado y tenga una determinada tasa de ticks. Este ciclo de tictac es la unidad mínima universal, y ninguna dimensión de tiempo puede ser menor que ésta. Sería como si hubiera un campo en la base del universo que determina la velocidad mínima de todo lo que hay en él, dando masa a otras partículas. En el caso de este reloj universal, “en lugar de dar masa, dará tiempo”, explica un físico que propone cuantizar el tiempo, Martin Bojowald.

Al simular un reloj universal de este tipo, él y sus colegas del Pennsylvania State College en los Estados Unidos demostraron que marcaría la diferencia en los relojes atómicos artificiales, que usan vibraciones atómicas para producir los resultados más precisos que se conocen. medidas de tiempo. Según este modelo, el reloj atómico (5) a veces no se sincronizaba con el reloj universal. Esto limitaría la precisión de la medición del tiempo a un solo reloj atómico, lo que significa que dos relojes atómicos diferentes podrían no coincidir con la duración del período transcurrido. Dado que nuestros mejores relojes atómicos son consistentes entre sí y pueden medir hasta 10-19 segundos, o una décima de una billonésima de una billonésima de segundo, la unidad básica de tiempo no puede ser más de 10-33 segundos. Estas son las conclusiones de un artículo sobre esta teoría aparecido en junio de 2020 en la revista Physical Review Letters.

5. Reloj atómico basado en lutecio en la Universidad Nacional de Singapur.

Probar si existe tal unidad básica de tiempo está más allá de nuestras capacidades tecnológicas actuales, pero aún parece más accesible que medir el tiempo de Planck, que es 5,4 × 10–44 segundos.

¡El efecto mariposa no funciona!

Eliminar el tiempo del mundo cuántico o cuantificarlo puede tener consecuencias interesantes, pero seamos honestos, la imaginación popular está impulsada por otra cosa, a saber, el viaje en el tiempo.

Hace aproximadamente un año, el profesor de física de la Universidad de Connecticut, Ronald Mallett, le dijo a CNN que había escrito una ecuación científica que podría usarse como base para máquina de tiempo real. Incluso construyó un dispositivo para ilustrar un elemento clave de la teoría. Él cree que es teóricamente posible convirtiendo el tiempo en un buclelo que permitiría viajar en el tiempo al pasado. Incluso construyó un prototipo que muestra cómo los láseres pueden ayudar a lograr este objetivo. Cabe señalar que los colegas de Mallett no están convencidos de que su máquina del tiempo se materialice alguna vez. Incluso Mallett admite que su idea es completamente teórica en este punto.

A fines de 2019, New Scientist informó que los físicos Barak Shoshani y Jacob Hauser del Perimeter Institute en Canadá describieron una solución en la que una persona teóricamente podría viajar de un Feed de noticias al segundo, pasando a través de un agujero en espacio-tiempo o un túnel, como se suele decir, "matemáticamente posible". Este modelo asume que hay diferentes universos paralelos en los que podemos viajar, y tiene un serio inconveniente: el viaje en el tiempo no afecta la propia línea de tiempo de los viajeros. De esta manera, puedes influir en otros continuos, pero aquel desde el que comenzamos el viaje permanece sin cambios.

Y dado que estamos en continuos de espacio-tiempo, entonces con la ayuda de computadora cuántica Para simular el viaje en el tiempo, los científicos demostraron recientemente que el reino cuántico no tiene el "efecto mariposa" que se ve en muchas películas y libros de ciencia ficción. En experimentos a nivel cuántico, dañado, aparentemente casi sin cambios, como si la realidad se curara a sí misma. Un artículo sobre el tema apareció este verano en Psychical Review Letters. “En una computadora cuántica, no hay problemas con simular la evolución opuesta en el tiempo, o con simular el proceso de mover el proceso de regreso al pasado”, explicó Mikolay Sinitsyn, físico teórico en el Laboratorio Nacional de Los Alamos y co- autor del estudio. Trabajar. “Realmente podemos ver lo que le sucede al complejo mundo cuántico si retrocedemos en el tiempo, agregamos algo de daño y regresamos. Descubrimos que nuestro mundo primordial ha sobrevivido, lo que significa que no hay efecto mariposa en la mecánica cuántica”.

Este es un gran golpe para nosotros, pero quizás también una buena noticia para nosotros. El continuo espacio-tiempo mantiene la integridad y no permite que pequeños cambios lo destruyan. ¿Por qué? Esta es una pregunta interesante, pero un tema ligeramente diferente al tiempo mismo.