Czas to dziwna rzecz. Jesteśmy przyzwyczajeni do liczenia zegarów, ale Wszechświat nie ma jakiegoś głównego zegara i tarczy, co oznacza, że możemy doświadczać czasu na różne sposoby, w zależności od tego, jak się poruszamy lub jak wpływa na nas grawitacja. Fizycy próbowali połączyć dwie wielkie teorie fizyki, aby dojść do wniosku, że nie tylko czas nie jest uniwersalnie spójny, ale także wszelkie zegary, których używamy do pomiaru, zacierają przepływ czasu w otaczającej ich przestrzeni.
Po pierwsze, nie oznacza to, że zegar ścienny pomoże Ci szybciej się starzeć. Mówimy o zegarach w wysoce precyzyjnych eksperymentach, takich jak zegary atomowe. Grupa fizyków z Uniwersytetu Wiedeńskiego i Austriackiej Akademii Nauk wyciągnęła wnioski z mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności, aby stwierdzić, że zwiększenie dokładności zegara w tej samej przestrzeni również zwiększa zniekształcenie czasu.
Zatrzymajmy się na chwilę i spróbujmy w prostych słowach wyrazić to, co aktualnie wiedzą fizycy.
Mechanika kwantowa opisuje wszechświat niezwykle dokładnie w najmniejszej skali, gdzie wszystko przenosi się do królestwa cząstek subatomowych i sił działających na najmniejszych odległościach. Pomimo całej swojej dokładności i użyteczności, mechanika kwantowa pozwala nam przewidywać, które są sprzeczne z naszym codziennym doświadczeniem.
Jedną z takich prognoz jest zasada nieoznaczoności Heisenberga, która stwierdza, że gdy znasz jeden parametr z dużą dokładnością, pomiar drugiego parametru staje się mniej dokładny. Na przykład, im bardziej precyzujesz położenie obiektu w czasie i przestrzeni, tym mniej możesz być pewien jego pędu.
I nie chodzi o to, że ktoś jest mądrzejszy lub ma lepszy sprzęt - Wszechświat w zasadzie tak działa, to fundamentalne. Elektrony nie zderzają się z protonami ze względu na równowagę „niepewności” położenia i pędu.
Można na to inaczej spojrzeć, że aby określić położenie obiektu z najwyższą precyzją, musimy liczyć się z niewyobrażalną ilością energii. W przypadku naszego hipotetycznego zegara podzielenie sekundy na ułamki w naszym zegarze oznacza, że wiemy coraz mniej o energii zegara. I tu właśnie pojawia się ogólna teoria względności - kolejna sprawdzona teoria w fizyce, tyle że wykorzystuje więcej czasu, aby wyjaśnić, jak masywne obiekty wpływają na siebie na odległość.
Dzięki pracy Einsteina rozumiemy, że istnieje równoważność między masą a energią, wyrażoną wzorem E = mc2. Energia jest równa masie pomnożonej przez kwadrat prędkości światła. Wiemy również, że czas i przestrzeń są ze sobą powiązane, a ta czasoprzestrzeń nie jest tylko pustym pudełkiem - masa, a zatem energia, mogą zakrzywić czasoprzestrzeń.
Film promocyjny:
Dlatego widzimy interesujące efekty, takie jak soczewkowanie grawitacyjne, kiedy masywne obiekty, takie jak gwiazdy i czarne dziury, zniekształcają ścieżkę światła swoją masą. Oznacza to również, że masa może prowadzić do grawitacyjnego dylatacji czasu, im bliżej, tym bliżej źródła grawitacji.
Niestety, chociaż te teorie są dobrze poparte eksperymentami, rzadko się ze sobą zgadzają. Dlatego fizycy próbują stworzyć nową teorię, która pasowałaby do obu tych teorii i byłaby poprawna. Jednak nadal badamy, w jaki sposób te teorie opisują te same zjawiska, co czas. Jak w rzeczywistości w tym artykule.
Fizycy postawili hipotezę, że czynność pomiaru czasu z dużą precyzją wymaga coraz większego nakładu energii, co automatycznie zmniejsza dokładność pomiarów w bezpośrednim obszarze dowolnego urządzenia śledzącego czas.
„Nasze odkrycia sugerują, że musimy ponownie przemyśleć nasze wyobrażenia o naturze czasu, biorąc pod uwagę zarówno ogólną teorię względności, jak i mechanikę kwantową” - mówi badacz Esteban Castro.
Jaki ma to na nas wpływ na co dzień? Jak to często bywa w przypadku fizyki teoretycznej, a zwłaszcza żadnej.
Podczas gdy mechanika kwantowa technicznie odnosi się do „dużych” rzeczy, nie martw się, jeśli stoper tyka o ułamek sekundy; czarna dziura nie otworzy się na twoim nadgarstku. Wszystkie powyższe wnioski będą miały zastosowanie tylko do zegarków w bardzo dokładnych eksperymentach, znacznie bardziej zaawansowanych niż te, które są obecnie opracowywane.
Ale im lepiej rozumiemy, jak zegary i czas w szczególności, przynajmniej w teorii, tym lepiej rozumiemy otaczający nas wszechświat. Być może pewnego dnia zrozumiemy naturę samego czasu. Prace naukowców zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
ILYA KHEL