В нашей Вселенной медленно исчезает время
Что, если временную часть в уравнении пространственно-временного континуума буквально исключить? Одно из последних исследований, возможно, свидетельствует о том, что время медленно и постепенно исчезает из нашей Вселенной и в один прекрасный день испарится совсем. Новая радикальная теория может объяснить космологическую загадку, которая морочила голову ученым в течение многих лет.
Ранее ученые измеряли свет далеких взрывающихся звезд, чтобы показать, что Вселенная расширяется, и темп этого расширения постоянно растет. Ученые предположили, что эти сверхновые разлетаются на части быстрее, чем стареет Вселенная. Физики также сделали вывод, что некая антигравитационная сила должна разводить галактики в стороны, и стали называть эту неизвестную силу «темной энергией».
Идея того, что само время может исчезнуть через миллиарды лет — и все остановится — была предложена еще в 2009 году профессорами Хосе Сеньовилла, Марком Марсом и Раулем Вера из Университета Баска Кантри в Бильбао и Университета Саламанки в Испании. Следствием этого кардинального движения самого времени к концу является альтернативное объяснение «темной энергии» — таинственной антигравитационной силы, которая была предложена для объяснения некоторых космических явлений.
Однако по сей день никто не знает, чем является темная энергия на самом деле и откуда берется. Профессор Сеньовилла и его коллеги предложили невероятную альтернативу. Ученые предложили исключить такое понятие, как темная энергия, вообще и еще раз пересмотреть наши взгляды. По мнению Сеньовиллы, мы обманываем сами себя, думая, что Вселенная расширяется, когда на самом деле это время замедляется. На бытовом повседневном уровне это замедление будет незаметно. Но если отслеживать ход Вселенной в течение миллиардов лет, то на космических масштабах все станет очевидно. Это изменение будет бесконечно медленным с человеческой точки зрения, но с точки зрения космологии, в силах которой изучать свет древних солнц, светивших миллиарды лет назад, его можно с легкостью измерить.
Предложение группы ученых, опубликованное в журнале Physical Review D, исключает темную энергию как вымысел. Вместо этого Сеньовилла объясняет появление ускорения постепенным замедлением самого времени.
«Мы не говорим, что расширение Вселенной само по себе является иллюзией, — объясняет физик. — Мы считаем, что иллюзией может быть ускорение этого расширения — это, в свою очередь, не отменяет наличие расширения, которое [для нас] наращивает свой темп».
Если время постепенно замедляется, «а мы наивно продолжаем использовать свои уравнения для определения изменений скорости расширения относительно обычного течения времени, то простая модель, продемонстрированная в нашей работе, показывает эффективное ускорение этого расширения».
В настоящее время астрономы могут определить скорость расширения Вселенной, используя так называемый метод «красного смещения». В основе этой техники лежит понимание того, что звезды, которые движутся от нас, краснее тех, что движутся в нашем направлении. Ученые ищут сверхновые определенного рода, которые стали эталоном в этом плане. Тем не менее точность этих измерений предполагает инвариантность времени по всей Вселенной. Если время замедляется, согласно новой теории, наше одинокое временное измерение медленно превращается в новое пространственное измерение. Таким образом, далекие древние звезды, за которыми наблюдают космологи из нашей перспективы, кажутся ускоряющимися.
«Наши расчеты показывают, что мы можем подумать, будто расширение вселенной ускоряется», — говорит Сеньовилла. В основе теории лежит один из вариантов теории суперструн, согласно которому наша Вселенная ограничена поверхностью мембраны, или браны, плавающей в многомерном пространстве. Спустя миллиарды лет время вообще перестанет быть временем.
«Тогда все замерзнет, словно снимок одного момента, навсегда. Нашей планеты к тому времени уже не будет».
Несмотря на всю свою радикальность и беспрецедентность, эти идеи не остаются без поддержки. Гэри Гиббонс, космолог Кембриджского университета, говорит, что у такой концепции есть свои плюсы. «Мы считаем, что время появилось в процессе Большого Взрыва, и если время может появляться, значит оно может и исчезать — это всего лишь обратный эффект».
Существует ли время?
В двух статьях, опубликованных в Physics Essays, Амрит Сорли, Дэвид Фискалетти и Дюшан Клинар предприняли попытку объяснить, что то, что мы имеем в виду под временем, на самом деле является абсолютной физической величиной, играющей роль независимой переменной (время, t, часто является осью X в системе координат, демонстрирующей эволюцию физической системы). Но, как отмечают ученые, мы никогда не измеряем t. Мы измеряем частоту и скорость объекта. Само по себе время является сугубо математической величиной и не существует физически.
Эта точка зрения означает не то, что время не существует, а то, что время имеет больше общего с пространством, нежели с идеей абсолютного времени. Таким образом, хотя четырехмерное пространство-время, как зачастую предполагают, состоит из трех измерений пространства и одного измерения времени, взгляд ученых предполагает, что было бы более корректно представлять пространство-время в виде четырех измерений пространства. Другими словами, Вселенная «безвременна».
«Пространство Минковского — не три измерения плюс время, а четыре измерения, — писали ученые. Точка зрения, согласно которой время представлено физической сущностью, в которой происходят материальные изменения, заменяется более удобной точкой зрения, в которой время будет просто числовым порядком материального изменения. Этот взгляд лучше отвечает физическому миру и лучше объясняет мгновенные физические явления: гравитацию, электростатическое взаимодействие, передачу информации в ходе эксперимента ЭПР и другие».
«Идея того, что время представляет собой четвертое измерение пространства, не принесла особого прогресса физике и находится в противоречии с формализмом специальной теории относительности. Сейчас мы разрабатываем формализм трехмерного квантового пространства на основе работ Планка. Похоже на то, что вселенная трехмерна на макро- и микроуровнях в планковских объемах. В таком трехмерном пространстве нет «сокращения длины», нет «замедления времени». А что есть, так это скорость материальных изменений, которая «относительна» в эйнштейновском смысле».
Ученые приводят пример этой концепции времени, изображая фотон, который перемещается между двумя точками в пространстве. Пространство между ними полностью состоит из планковских длин, то есть из мельчайших дистанций, которые может преодолеть фотон в момент времени. Когда фотон перемещается на планковскую длину, он описывается как передвигающийся исключительно в пространстве и не в абсолютном времени. Фотон можно рассматривать как движущийся из точки 1 в точку 2, и его позиция в точке 1 — это «перед» позицией в точке 2, в буквальном смысле, поскольку цифра 1 идет перед цифрой 2 в числовом ряде. Числовой порядок не эквивалентен временному порядку, то есть цифра 1 во времени не существует перед цифрой 2, только численно.
Без использования времени как четвертого измерения пространства-времени, физический мир можно было бы описать более точно. Как отмечал физик Энрико Прати в недавнем исследовании, гамильтонова динамика (уравнения в классической механике) крайне четко определяется без понятия абсолютного времени.
Другие ученые отмечали, что математическая модель пространства-времени не соответствует физической реальности, и предложили использовать вневременное «состояние пространства», которое обеспечило бы более точные рамки. Также ученые отмечали фальсифицируемость двух понятий времени. К примеру, понятие времени как четвертого измерения пространства — как фундаментальной физической емкости, в которой происходит эксперимент — может быть сфальсифицировано экспериментом, в котором время не существует.
«Теория абсолютного времени Ньютона не фальсифицируема; вы не можете доказать ее или опровергнуть — вы должны поверить ей, — говорит Сорли. — Теория времени как четвертого измерения пространства фальсифицируема, и своей последней работой мы показали, что вероятность такой фальсификации весьма высока. Экспериментальные данные показывают, что время — это то, что мы измеряем часами. А часами мы измеряем численный порядок материальных изменений, то есть движение в пространстве».
Ахиллес и черепаха
В дополнение к обеспечению более точного описания природы физической реальности, понятие времени как количественного порядка изменений может разрешить парадокс Зенона «Ахиллес и черепаха». В этом парадоксе Ахиллес пытается догнать черепаху в беге наперегонки. Но хотя Ахиллес может бежать в 10 раз быстрее черепахи, он никогда не обгонит черепаху, потому что всякий раз, когда Ахиллес пробегает определенное расстояние, черепаха проходит одну десятую этого расстояния. Таким образом, когда бы Ахиллес не достигал пункта, в котором была черепаха, она все равно будет немного впереди. Хотя вывод, что Ахиллес никогда не сможет обогнать черепаху, очевидно ложный, есть много других объяснений этого парадокса.
Парадокс можно разрешить, если переопределить скорость, так что скорость обоих бегунов будет определяться численным порядком их движений, а не перемещением и направлением во времени. С этой точки зрения Ахиллес и черепаха будут двигаться только через пространство, и Ахиллес точно обгонит соперника в пространстве, хотя и не в абсолютном времени.
Некоторые из последних исследований поставили под вопрос теорию, что мозг представляет время как внутренние «часы», испускающие нейронные тики, и предположили, что мозг представляет время в виде пространственного распределения, регистрируя активацию разных нейронных узлов. Хотя мы воспринимаем события как случающиеся в прошлом, настоящем или в будущем, эти понятия могут быть просто частью психологических рамок, в которых мы испытываем материальные изменения в пространстве.
В любом случае, если эту теорию и можно рассмотреть математически (в виде решения проблемы стрелы времени), остается еще один вопрос без ответа: что такое время?
Источник
Время эластично: почему на вершине горы время идет быстрее, чем на пляже?
Гравитация, как мы знаем сегодня, обладает способностью искривлять пространство и время. Как утверждал Эйнштейн в Общей теории относительности (ОТО), время, по мере приближения к Земле, идет медленнее. Это происходит из-за того, что гравитация большой массы, например, такой как наша планета, искривляет пространство и время вокруг нее. Этот эффект называется «эффектом замедления времени» и он проявляется даже на малых уровнях. Однако за пределами физических законов мы воспринимаем время иначе, точнее, искаженно. Так, если поместить одни часы на вершине горы, а другие оставить на пляже, то в конце-концов вы увидите, что все часы показывают разное время. Ученые впервые наблюдали эффект замедления времени в космическом масштабе, когда звезда проходила рядом с черной дырой. Затем тот же эффект был зафиксирован в меньших масштабах – исследователи использовали пару чрезвычайно точных атомных часовых механизмов, причем одни часы были расположены на 33 сантиметра выше, чем другие. Результаты показали, что время снова замедлилось на часах, расположенных ближе к Земле.
Время неоднородно: оно течет с разной скоростью в зависимости от того, где вы находитесь и с какой скоростью двигаетесь.
Атомные часы – прибор для измерения времени. В качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул.
Эффект замедления времени
Замедление времени восходит к Специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, согласно которой движение в пространстве на самом деле создает изменения в течении времени. Чем быстрее вы движетесь через три измерения, которые определяют физическое пространство, тем медленнее вы движетесь через четвертое измерение – время, по крайней мере, относительно другого объекта. Так, часы в движении будут тикать медленнее, чем часы на земле. Если двигаться со скоростью, близкой к скорости света, эффект будет гораздо более выраженным.
Важно понимать, что замедление времени – это не мысленный эксперимент или гипотетическая концепция, а реальность. Это доказали эксперименты Хафеле-Китинга, проведенные в 1971 году, когда на самолетах, летящих в противоположных направлениях, были установлены два атомных часовых механизма. Относительное движение на самом деле оказало измеримое воздействие и создало разницу во времени между двумя часами. Это также было подтверждено в других физических экспериментах.
Почему мы помним прошлое, а не будущее?
Но есть еще одна примечательная деталь: замедление времени в результате гравитационных эффектов. Возможно, вы видели фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар», где близость черной дыры заставляет время на другой планете чрезвычайно замедляться (один час на этой планете равен семи земным годам). Эта форма замедления времени также реальна. Все дело в Общей теории относительности Эйнштейна, о чем написано в начале статьи – гравитация может искривлять пространство-время, а следовательно, и само время. А значит, абсолютного времени не существует.
Чем ближе часы к источнику гравитации, тем медленнее проходит время; чем дальше часы от источника гравитации, тем быстрее будет идти время.
Выходит, для всех часов в мире и для каждого из нас время течет немного по-разному. Но даже если время течет с постоянно меняющимися скоростями по всей Вселенной, время все равно течет в каком-то объективном смысле, верно? Или нет?
Физика без времени
В своей книге «Порядок времени» итальянский физик-теоретик Карло Ровелли предположил, что наше восприятие времени — наше ощущение, что время вечно течет вперед – может быть в высшей степени субъективной проекцией. В конце-концов, когда вы смотрите на реальность в наименьшем масштабе (используя уравнения квантовой гравитации, например), время исчезает.
Итак, почему мы воспринимаем время как движение вперед? Ровелли отмечает, что, хотя время исчезает в чрезвычайно малых масштабах, мы наблюдаем энтропию: порядок превращается в беспорядок; яйцо разбивается и становится яичницей. Ровелли пишет, что ключевые аспекты времени описаны во втором законе термодинамики, который гласит, что тепло всегда переходит от горячего к холодному, как улица с односторонним движением. Например, кубик льда тает в чашке горячего чая, а не наоборот. Ровелли предполагает, что подобный феномен может объяснить, почему мы способны воспринимать только прошлое, а не будущее.
«Каждый раз, когда будущее определенно отличается от прошлого, возникает что-то вроде тепла», — писал Ровелли в статье для Financial Times.
Термодинамика прослеживает направление времени к чему-то, называемому «низкой энтропией прошлого», все еще загадочному явлению, о котором бушуют дискуссии.» «Рост энтропии ориентирует время и допускает существование следов прошлого, а они допускают возможность воспоминаний, которые скрепляют наше чувство идентичности. Я подозреваю, что то, что мы называем «течением» времени, следует понимать, изучая структуру нашего мозга, а не изучая физику: эволюция превратила наш мозг в машину, которая питается памятью, чтобы предвидеть будущее. Вот к чему мы прислушиваемся, когда прислушиваемся к течению времени. Таким образом, понимание «течения» времени может иметь большее отношение к нейробиологии, чем к фундаментальной физике. Поиск объяснения ощущения потока в физике может оказаться ошибкой.
Ученым еще многое предстоит узнать о том, как мы воспринимаем время и почему оно действует по-разному в зависимости от масштаба. Но несомненно то, что за пределами физики наше индивидуальное восприятие времени также удивительно эластично.
Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области физики, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Странная субъективность времени
На вершине горы время движется иначе, чем на пляже. Но чтобы испытать искажение восприятия времени, не нужно отправляться в горы или на море. Так, в моменты сильного страха мозг выделяет большое количество адреналина, который ускоряет внутренние часы, заставляя воспринимать внешний мир как движущийся очень медленно.
Ровелли отмечает, для работы в области квантовой гравитации придется столкнуться с вопросами о природе времени.
Еще одно распространенное искажение возникает, когда мы фокусируем свое внимание определенным образом. Как отмечает Аарон Сакетт, адъюнкт-профессор маркетинга в Университете Сент-Томаса в интервью Gizmodo, если вы думаете о том, как в настоящее время проходит время, самым главным фактором, влияющим на ваше восприятие времени, является внимание.
Чем больше внимания вы уделяете течению времени, тем медленнее оно течет.
Когда вы отвлекаетесь от течения времени – возможно, от чего—то интересного, происходящего поблизости, вы с большей вероятностью теряете счет времени. Создается стойкое ощущение, что оно ускользает быстрее, чем раньше. Известная поговорка гласит: «Время летит, когда тебе весело», но реальность больше похожа на «время летит, когда ты думаешь о других вещах».
В свою очередь Ровелли считает, что то, что мы называем временем – это богатая, стратифицированная концепция, имеющая множество слоев. Некоторые слои времени применимы только в ограниченных масштабах в ограниченных областях, но это не делает их иллюзиями.Иллюзией является представление о том, что время течет с абсолютной скоростью. Река времени может течь вечно вперед, но она движется с разной скоростью, между людьми и даже внутри вашего собственного разума.
Источник