Kas yra laikas, ką su juo padarė Einšteinas ir kodėl vasarą neužšąla balos (38)
Paskutinįjį spalio sekmadienį prailginame dieną valanda, tačiau iš tikrųjų laiko nepasidaro daugiau.
Apie laiko kryptį, Schrödingerio lygtį ir Einšteino reliatyvumo teoriją.
|
Visi šio ciklo įrašai |
|
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Su laiku susiduriame kasdien; jį apibūdiname nusakome tokiomis sąvokomis, kaip praeitis, dabartis, ateitis. Jo tėkmę įkūnija nuolatinis ateities tapimas dabartimi ir dabarties nutolimas į praeitį.
Iš tiesų, būtų neįmanoma kalbėti apie judėjimą ar pokyčius be laiko ir jo tėkmės koncepcijos. Šia prasme jis labai primena tai, kaip patiriame erdvę. Lygiai kaip natūralu klausti, kur vyko koks nors įvykis, taip pat natūralu pasidomėti, kada jis įvyko. Taigi, laikas, drauge su erdvės koordinatėmis, yra įvykių apibrėžimo žymuo. Tačiau akivaizdu, kad kasdienėje veikloje laikas nuo erdvės skiriasi. Jeigu judėti galime bet kuria erdvės koordinačių kryptimi [pirmyn–atgal, kairėn–dešinėn, aukštyn–žemyn], laiku norom nenorom judame visad pirmyn ir visad tuo pačiu tempu. Kaip besistengtume, laikrodis tiksi taip pat. Ateitis pakeis dabartį, kuri savo ruožtu taps praeitimi. Ši gyvenimiška patirtis, bylojanti, kad laikas turi aiškią (visada pirmyn) kryptį, keista, bet nekyla iš fundamentalių gamtos dėsnių ir tai lieka viena iš didžiausių teorinės fizikos mįslių.Klasikinės ir kvantų mechanikos laikas
Klasikinėje fizikoje laikas yra absoliutus ir nekintantis. Visi laikrodžiai tiksi tokia pat sparta ir laikas visus veikia vienodai. Šia prasme, tokia koncepcija labai panaši į kasdienį laiko supratimą. Tačiau, svarbu, kad klasikinė fizika laiko ašies nesirenka. Priešingos krypties procesas ar įvykis klasikinėje fizikoje gali vykti lygiai taip pat sėkmingai. Klasikinių fizikos dėsnių požiūriu, eiti gatve galima tiek į vieną, tiek į priešingą pusę.
Laiko atžvilgiu kvantų mechanika labai panaši į klasikinę fiziką. Laikas eina fone, tuo pačiu pastoviu tempu, ir juo pažymimi įvykiai. Žinoma, drauge su pagrindine kvantų mechanikos – Schrödingerio – lygtimi, kuri yra simetriška laiko atžvilgiu, yra ir bangos funkcijos kolapso koncepcija.
Tai – pagrindinis klasikinės ir kvantų fizikos skirtumas. Remiantis šia koncepcija, sistemos būsena apibrėžiama tik tada, kai sistemos stebėjimą atlieka išorinis stebėtojas. Taigi, bangos funkcijos kolapsas yra kvantinį neapibrėžtumą panaikinantis procesas. Žvelgiant paprastai, tai atrodo kaip laiko atžvilgiu nesimetriškas procesas. Tačiau, atsimenant, kad bangos funkcijos kolapso mechanizmas nėra gerai ištirtas, sunku tvirtinti, kad būtent šis procesas apibrėžia laiko ašies kryptį. O būtent, yra įtikinamų argumentų, kad tai iš tiesų yra laiko atžvilgiu simetriškas procesas.Laikas ir reliatyvumo teorija
Einšteino reliatyvumo teorija iš pagrindų pakeitė mūsų laiko paradigmą. Reliatyvumas reiškia, kad laiko tėkmė nėra universali ir priklauso nuo matuotojo. Šiame realybės paveiksle laikrodžiai tiksi skirtingu tempu, priklausomai nuo to, kas juos dėvi.
Įsibėgėjus iki labai didelių greičių, ar esant netoli stipraus gravitacijos šaltinio, tarkime, juodosios bedugnės, laiko tėkmę galima pakeisti, netgi sustabdyti ar pasukti atgal, bent jau teoriškai. Pavyzdžiui, žmogui juodojoje bedugnėje erdvė ir laikas atrodytų apsikeitę vietomis. Čia judėjimas priešinga kryptimi, nei link singuliarumo, tampa neįmanomas, visai kaip laiko tekėjimas į priekį už juodosios bedugnės ribų. Antra vertus, „laikas“ tampa tiesiog dar viena kryptimi, kaip kairė ar dešinė.Reliatyvumas prilygina laiką mums įprastoms erdvės kryptims; iš čia išvada – lygiai kaip erdvės kryptys nėra universalios ir gali, tarkime, būti išlenktos, taip ir laiko tėkmės kryptis gali būti „kreiva“. Šio išlinkio matas yra jo ėjimo sparta. Tačiau reliatyvume lygtys irgi simetriškos laiko atžvilgiu; tai yra, jos nėra kokios nors konkrečios „mėgiamos“ laiko krypties.
Laiko ašis
Bendra klasikinės, kvantų ir reliatyvistinės mechanikos savybė, – nė viena iš šių teorijų nepaskiria laiko ėjimo krypties. Žinoma, šių lygčių sprendiniai laiko simetriją gali pažeisti, bet pačios teorijos laiko atžvilgiu yra simetriškos. Tai iš kur gi kyla mūsų regima laiko asimetrija?
Dažniausiai patiriama laiko asimetrija kyla iš termodinamikos. Konkrečiau, antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad uždaros sistemos entropija (grubiai tariant, netvarkos kiekis) laikui bėgant didėja.
Šio dėsnio pasekmė yra, sakysime tai, kad vasarą, saulės atokaitoje balutės nevirsta ledo gabalais ir nešildo aplinkos. Reikia pabrėžti, kad šis dėsnis yra statistinis pastebėjimas, o ne tvirtas matematinis įrodymas, išvestas iš fundamentalių fizikos lygčių. Kodėl toks statistinis dėsnis galioja ir kaip jis susijęs su fundamentaliomis gamtos teorijomis yra „laiko strėlės problema“.Mahdi Godazgar
PhD; mokslo darbuotojas, King's College ir DAMTP, Kembridžo universitete