Fysiker forklarer hvorfor tidsreise ikke er mulig (2023)

Et enkelt spørsmål fra hans kone – Tillater fysikk virkelig folk å reise tilbake i tid? – drev fysikeren Richard Muller på et forsøk på å løse et grunnleggende problem som hadde forundret ham gjennom hele karrieren: Hvorfor strømmer tidens pil ubønnhørlig mot fremtiden , stadig skape nye "nå?"

"Fremtiden eksisterer ennå ikke ... den blir skapt."

Det oppdraget resulterte i en ny bok kaltNÅ: Tidens fysikk(W.W. Norton, 2016), som fordyper seg i historien til filosofers og vitenskapsmenns tidsbegreper, avdekker en tendens fysikere må være vage om tidens gang, ødelegger den populære forklaringen på tidens pil," og foreslår en helt ny teori.

Hans idé: Tiden utvider seg fordi rommet utvides.

«Det nye fysikkprinsippet er at rom og tid henger sammen; når du skaper nytt rom, vil du skape ny tid, sier Muller, professor emeritus ved University of California, Berkeley.

I en kommentar til teorien og Mullers nye bok, astrofysiker Neil deGrasse Tyson, vert for TV-miniserien fra 2014Cosmos: A Spacetime Odyssey, skriver, «Kanskje det er riktig. Kanskje det er feil. Men underveis har han gitt deg en mesterklasse i hva tid er og hvordan og hvorfor vi oppfatter det slik vi gjør.»

Hvordan hjernen vår lager "mental tidsreise"

"Tiden har vært en snublestein for vår forståelse av universet," legger Muller til. «I løpet av karrieren min har jeg sett mye tull publisert om tid, og jeg begynte å tenke på det og skjønte at jeg hadde mye å si fra å ha undervist i faget over mange tiår, etter å ha tenkt på det, blitt irritert over det , med noen virkelig interessante måter å presentere det på, og noen helt nye ideer som aldri har dukket opp i litteraturen.»

Opprinnelsen til "nå"

Helt siden Big Bang eksplosivt startet ekspansjonen av universet for 13,8 milliarder år siden, har kosmos vokst, noe fysikere kan måle som Hubble-ekspansjonen. De tenker imidlertid ikke på det som stjerner som flyr vekk fra hverandre, men som stjerner som er innebygd i verdensrommet og som stadig utvider seg.

Muller tar ledelsen fra Albert Einstein, som bygget sin teori om generell relativitet – teorien som forklarer alt fra sorte hull til kosmisk evolusjon – på ideen om en firdimensjonal romtid. Plassen er ikke det eneste som utvider seg, sier Muller; romtiden utvides. Og vi surfer på toppen av den bølgen, det vi kaller «nå».

Hvor langt inn i fremtiden er du fortsatt deg selv?

"Hvert øyeblikk blir universet litt større, og det er litt mer tid, og det er denne forkanten av tiden som vi refererer til som nå," skriver han. "Fremtiden eksisterer ennå ikke ... den blir skapt. Nå er det ved grensen, sjokkfronten, den nye tiden som kommer fra ingenting, tidens forkant.»

Fordi fremtiden ikke eksisterer ennå, kan vi ikke reise inn i fremtiden, hevder han. Han argumenterer også for at det er like usannsynlig å gå tilbake i tid, siden man for å snu tiden må redusere, i det minste lokalt, mengden rom i universet. Det skjer, for eksempel når en stjerne eksploderer eller et svart hull fordamper. Men disse reduserer tiden så uendelig mye at effekten ville være skjult i målingens kvanteusikkerhet – et eksempel på det fysikere kaller kosmisk sensur.

«Det eneste eksemplet jeg kunne komme på er fordampning av sorte hull, og i så fall viser det seg å være sensurert. Så jeg kunne ikke komme på noen måte å snu tiden på, og min grunnleggende konklusjon er at tidsreise ikke er mulig, sier han.

Sammenslåing av sorte hull

Mullers teori som forklarer strømmen av tid førte til et samarbeid med Caltech-teoretiker Shaun Maguire og en artikkel lagt ut på nettet i juni som forklarer teorien mer detaljert – ved hjelp av matematikk – og foreslår en måte å teste den ved å bruke LIGO, et eksperiment som oppdager gravitasjonsbølger skapt ved å slå sammen svarte hull.

"Ideen om å studere tiden eksisterte ikke før Einstein. Einstein ga fysikken tidens gave."

Hvis Muller og Maguire har rett, så når to sorte hull smelter sammen og skaper nytt rom, bør de også skape ny tid, noe som vil forsinke gravitasjonsbølgesignalet LIGO observerer fra Jorden.

"Koalesceringen av to sorte hull skaper millioner av kubikkmil med nytt rom, noe som betyr en engangsskaping av ny tid," sier Muller. Svarthullssammenslåingen først rapportert av LIGO i februar 2016 involverte to sorte hull som veide omtrent 29 og 36 ganger solens masse, og produserte et endelig svart hull som veide omtrent 62 solmasser. Den nye plassen som ble opprettet i fusjonen ville produsere omtrent 1 millisekund av ny tid, som er nær deteksjonsnivået til LIGO. En lignende hendelse på en tredjedel av avstanden ville tillate LIGO å oppdage den nyopprettede tiden.

'Jeg forventer kontrovers!'

Uansett om teorien slår ut, er Mullers bok en god sak.

«[Muller] går en ny vei. Jeg forventer kontrovers!» skriver UC Berkeley nobelprisvinner Saul Perlmutter, som mottok Nobelprisen i fysikk i 2011 for å oppdage universets akselererende utvidelse. Muller startet prosjektet som førte til den oppdagelsen, som innebar måling av avstander og hastigheter til supernovaer. Implikasjonen av denne oppdagelsen er at utviklingen av tiden også akselererer, drevet av mørk energi.

For bokprosjektet utforsket Muller tidligere forklaringer for tidens pil og oppdaget at mange filosofer og vitenskapsmenn har blitt urolige over det faktum at vi alltid lever i "nået" fra Aristoteles og Augustin til Paul Dirac - oppdageren av antimaterie , som kan betraktes som normal materie som beveger seg bakover i tid - og Albert Einstein. Mens filosofer ikke var redde for å uttrykke en mening, ignorerte de fleste fysikere i utgangspunktet problemet.

"Ingen fysikkteorier har tidens flyt innebygd på noen måte. Tid var bare plattformen du gjorde beregningene dine på – det var ingen «nå» nevnt, ingen flyt av tid,» sier Muller. "Ideen om å studere tiden eksisterte ikke før Einstein. Einstein ga fysikken tidens gave."

Teamet oppdager krusninger i romtiden, akkurat som Einstein forutså

Einstein var imidlertid ikke i stand til å forklare tidens flyt inn i fremtiden i stedet for inn i fortiden, til tross for at fysikkteoriene fungerer like godt fremover eller bakover i tid. Og selv om han kunne beregne forskjellige tidshastigheter, avhengig av hastighet og tyngdekraft, hadde han ingen anelse om hvorfor tiden fløt i det hele tatt. Den dominerende ideen i dag for tidens retning kom fra Arthur Eddington, som bidro til å validere Einsteins generelle relativitetsteori. Eddington fremmet ideen om at tiden flyter i retning av økende uorden i universet, eller entropi. Fordi den andre loven om termodynamikk hevder at entropi aldri kan avta, øker tiden alltid.

Hadde Stephen Hawking feil?

Denne ideen har vært den viktigste forklaringen siden. Til og med Stephen Hawking, i sin bokEn kort historie om tid, tar ikke opp problemet med tidens flyt, annet enn å si at det er "selvklart" at økende tid kommer fra økende entropi.

"Jeg ser ingen måte at det påvirker hverdagen vår. Men det er fascinerende."

Muller argumenterer imidlertid for at det ikke er selvinnlysende: det er bare feil. Livet og alt vi gjør på jorden, enten vi bygger hus eller lager tekopper, innebærer å redusere den lokale entropien, selv om den totale entropien i universet øker. "Vi kaster hele tiden overflødig entropi som søppel, og kaster det ut i det uendelige i form av varmestråling," sier Muller. "Universets entropi går faktisk opp, men den lokale entropien, jordens entropi og livet og sivilisasjonen, avtar stadig.

"Under mitt første store eksperiment, målingen av den kosmiske mikrobølgestrålingen, innså jeg at det er 10 millioner ganger mer entropi i den strålingen enn det er i hele universets masse, og den endrer seg ikke med tiden. Men tiden går fremover, sier han. "Ideen om at tidens pil er satt av entropi gir ingen spådommer, det er bare en erklæring om en korrelasjon. Og å hevde at det er årsakssammenheng gir ingen mening."

I boken sin forklarer Muller de ulike paradoksene som oppstår fra måten relativitetsteoriene og kvantemekanikken behandler tid på, inkludert Schrodingers kattegåte og skummel handling på en avstand som kvanteforviklinger tillater. Ingen av disse teoriene tar imidlertid for seg tidens flyt. Teorier om ormehull som kan transportere deg over universet eller tilbake i tid er spekulative og i mange tilfeller feil.

Diskusjonen får til slutt Muller til å utforske dype spørsmål om fortidens evne til å forutsi fremtiden og hva det sier om eksistensen av fri vilje.

Muller innrømmer at hans nye teori om tid kan ha observerbare effekter bare i det kosmiske riket, slik som vår tolkning av det røde skiftet - strekkingen av lysbølger forårsaket av utvidelsen av rommet - som måtte modifiseres for å reflektere den samtidige ekspansjonen av tid. De to effektene kan kanskje ikke skjelnes gjennom det meste av universets historie, men skapelsen av tid kan være merkbar under den raske kosmiske inflasjonen som fant sted like etter Big Bang, da rom og tid ekspanderte mye, mye raskere enn i dag.

Han er optimistisk på at LIGO i løpet av de neste årene vil verifisere eller forfalske teorien hans.

"Jeg tror teorien min kommer til å ha en innvirkning på beregninger av det veldig tidlige universet," sier Muller. "Jeg ser ingen måte at det påvirker hverdagen vår. Men det er fascinerende."

Kilde:UC Berkeley