Υπάρχει ακόμα το παρελθόν;

 Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της ύπαρξής μας είναι επίσης ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φυσικής: ο χρόνος. Βιώνουμε τον χρόνο σαν να περνά, με μια ιδιαίτερη στιγμή που ονομάζουμε «τώρα». Τώρα βλέπετε αυτό το βίντεο, πριν από μισή ώρα κάνατε κάτι άλλο. Ό,τι κι αν κάνατε, δεν υπάρχει τρόπος να το αλλάξετε. Και το τι θα κάνεις σε μισή

ώρα είναι στο χέρι σου. Τουλάχιστον έτσι αντιλαμβανόμαστε τον χρόνο.

Αλλά αυτό που μας λέει η φυσική για το χρόνο είναι πολύ διαφορετικό από την αντίληψή μας. Το άτομο που το κατάλαβε δεν ήταν άλλο από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. ξέρω. Αυτός πάλι ο τύπος. Αποδείχθηκε ότι τα ήξερε όλα. Τι μας δίδαξε ο Αϊνστάιν για το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον; Αυτό είναι που θα μιλήσουμε σήμερα.

Το θέμα για το οποίο μιλάμε σήμερα καλύπτεται με περισσότερες λεπτομέρειες στο νέο μου βιβλίο «Υπαρξιακή φυσική» που θα κυκλοφορήσει τον Αύγουστο. Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες για το βιβλίο στο existentialphysics.com

Σκεφτόμαστε τον χρόνο ως κάτι που λειτουργεί το ίδιο για όλους και για κάθε αντικείμενο. Αν περάσει ένα δευτερόλεπτο για μένα, ένα δευτερόλεπτο περνά για σένα, και ένα δευτερόλεπτο περνά για τα σύννεφα από πάνω. Αυτό κάνει τον χρόνο μια καθολική παράμετρο. Αυτή η παράμετρος επισημαίνει πόσος χρόνος περνά και επίσης τι εννοούμε όλοι με το «τώρα».

Ο Hermann Minkowski ήταν ο πρώτος που παρατήρησε ότι αυτό μπορεί να μην είναι πολύ σωστό. Παρατήρησε ότι οι εξισώσεις ηλεκτροδυναμικής του Maxwell έχουν πολύ πιο νόημα εάν αντιμετωπίζουμε το χρόνο ως διάσταση, όχι ως παράμετρο. Ακριβώς όπως μια μπάλα δεν αλλάζει εάν περιστρέψετε μια κατεύθυνση του χώρου σε μια άλλη, οι εξισώσεις του Maxwell δεν αλλάζουν εάν περιστρέψετε μια κατεύθυνση του χώρου στο χρόνο.

Έτσι, είπε ο Minkowski, απλώς συνδυάζουμε το χώρο με το χρόνο σε έναν τετραδιάστατο χωροχρόνο, και μετά μπορούμε να περιστρέψουμε τον χώρο σε χρόνο όπως ακριβώς μπορούμε να περιστρέψουμε δύο κατευθύνσεις του χώρου μεταξύ τους. Και αυτό εξηγεί φυσικά γιατί οι εξισώσεις του Maxwell έχουν τη συμμετρία που έχουν. Δεν έχει καμία σχέση με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, προέρχεται από τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου.

Δεν μπορώ να σχεδιάσω ένα λουλούδι, πόσο μάλλον τέσσερις διαστάσεις, αλλά μπορώ να διαχειριστώ σχεδόν δύο ευθείες γραμμές, τη μία για το χρόνο και την άλλη για τουλάχιστον μία διάσταση του χώρου. Αυτό ονομάζεται διάγραμμα χωροχρόνου. Εάν απλώς στέκεστε ακίνητοι, τότε η κίνησή σας σε ένα τέτοιο διάγραμμα είναι μια ευθεία κάθετη γραμμή. Εάν κινείστε με σταθερή ταχύτητα, η κίνησή σας είναι μια ευθεία γραμμή που γέρνει υπό κάποια γωνία. Έτσι, αν αλλάξετε ταχύτητα, περιστρέφεστε στο χωροχρόνο. Η μέγιστη ταχύτητα με την οποία μπορείτε να κινηθείτε είναι η ταχύτητα του φωτός, η οποία κατά σύμβαση σχεδιάζεται συνήθως σε γωνία 45 μοιρών.

Στο διάστημα μπορούμε να πάμε εμπρός-πίσω, αριστερά δεξιά ή πάνω κάτω. Με τον καιρό μπορούμε μόνο να πάμε μπροστά, δεν μπορούμε να κάνουμε αναστροφή και δεν υπάρχουν δρόμοι για άβολες στροφές τριών πόντων. Άρα ο χρόνος είναι ακόμα διαφορετικός από τον χώρο από κάποια άποψη. Αλλά τώρα που ο χρόνος είναι επίσης μια διάσταση, είναι σαφές ότι είναι απλώς μια ετικέτα για συντεταγμένες, δεν υπάρχει τίποτα καθολικό σε αυτό. Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να βάλετε ετικέτες σε ένα δισδιάστατο χώρο γιατί μπορείτε να επιλέξετε τους άξονές σας όπως θέλετε. Το ίδιο συμβαίνει τώρα στον χωροχρόνο. Μόλις μετατρέψετε το χρόνο σε μια διάσταση, οι ετικέτες σε αυτό δεν σημαίνουν πολλά. Λοιπόν ποια είναι η ώρα για την οποία μιλάμε; Τι σημαίνει ακόμη ότι ο χρόνος είναι μια διάσταση; Υπάρχουν άλλες διαστάσεις; υπερφυσικοί; Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει τους περίεργους ήχους που ακούτε τη νύχτα; Όχι. Αυτό είναι ένα ξεχωριστό πρόβλημα, φοβάμαι ότι δεν μπορώ να σας βοηθήσω.

Ήταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν που κατάλαβε τι σημαίνει αυτό. Αν θέλουμε επίσης να το καταλάβουμε, χρειαζόμαστε τέσσερις υποθέσεις. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι πεπερασμένη, είναι πάντα η ίδια, τίποτα δεν μπορεί να πάει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός και όλες οι απόψεις των παρατηρητών είναι εξίσου έγκυρες. Αυτό αποτέλεσε τη βάση της θεωρίας της Ειδικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Α, και επίσης, οι παρατηρητές δεν χρειάζεται να υπάρχουν. Θέλω να πω, αυτό είναι θεωρητική φυσική, επομένως μιλάμε για θεωρητικούς παρατηρητές, βασικά. Έτσι, εάν θα μπορούσε να υπάρχει ένας παρατηρητής με μια συγκεκριμένη άποψη, τότε αυτή η άποψη είναι εξίσου έγκυρη με τη δική σας.

Ποιος ή τι είναι παρατηρητής; Είναι ένα μυρμήγκι παρατηρητής; Ένα δέντρο; Τι θα λέγατε για ένα δελφίνι; Τι πρέπει να παρατηρήσετε για να σας αξίζει να σας αποκαλούν παρατηρητή και με τι πρέπει να παρατηρήσετε; Είτε το πιστεύετε είτε όχι, υπάρχει στην πραγματικότητα αρκετή συζήτηση σχετικά με αυτό στην επιστημονική βιβλιογραφία. Θα παρακάμψουμε αυτήν την ενδιαφέρουσα συζήτηση και θα χρησιμοποιήσουμε τη λέξη «παρατηρητής» με τον ίδιο τρόπο που έκανε ο Αϊνστάιν, που είναι ένα σύστημα συντεταγμένων. Βλέπετε, είναι ένα σύστημα συντεταγμένων που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένας θεωρητικός παρατηρητής, δελφίνι ή άλλο. Ναι, ίσως όχι ακριβώς αυτό που πιστεύει το FBI ότι είναι ένας παρατηρητής, αλλά αν ήταν αρκετά καλό για τον Αϊνστάιν, θα είναι αρκετά καλό για εμάς. Έτσι, η υπόθεση του Αϊνστάιν βασικά σημαίνει ότι κάθε σύστημα συντεταγμένων θα πρέπει να είναι τόσο καλό όσο οποιοδήποτε άλλο για την περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας.

Αυτές οι τέσσερις υποθέσεις ακούγονται μάλλον αθώες στην αρχή, αλλά έχουν βαθιές συνέπειες. Ας ξεκινήσουμε με το πρώτο και το τρίτο: Η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη και τίποτα δεν πηγαίνει πιο γρήγορα από το φως. Πιθανότατα παρακολουθείτε αυτό το βίντεο σε οθόνη, τηλέφωνο ή φορητό υπολογιστή. Υπάρχει τώρα η οθόνη; Αν δεν είστε από το μέλλον και παρακολουθείτε αυτό το βίντεο ως ολόγραμμα στο διαστημικό σας σπίτι, θα υποθέσω ότι η απάντηση είναι ναι. Αλλά ένας φυσικός μπορεί να επισημάνει ότι στην πραγματικότητα δεν ξέρεις. Επειδή το φως που εκπέμπεται από την οθόνη τώρα δεν έχει φτάσει ακόμα σε εσάς. Επίσης, αν είστε από το μέλλον και παρακολουθείτε αυτό ως ολόγραμμα, φροντίστε να με κοιτάξετε από τα δεξιά. Είναι η καλή μου πλευρά. Ίσως κρατάτε το τηλέφωνο στο χέρι σας, αλλά τα νευρικά σήματα είναι γελοία αργά σε σύγκριση με το φως. Εάν δεν μπορούσατε να δείτε το χέρι σας και κάποιος άρπαξε το τηλέφωνό σας, θα χρειαζόταν αρκετά μικροδευτερόλεπτα για να φθάσει στον εγκέφαλό σας η πληροφορία ότι το τηλέφωνο έχει φύγει. Λοιπόν, πώς ξέρετε ότι το τηλέφωνό σας είναι εκεί τώρα; Ένας τρόπος για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση είναι να πείτε, καλά, δεν ξέρετε, και πραγματικά δεν ξέρετε ότι τίποτα υπάρχει τώρα, εκτός από τις δικές σας σκέψεις. Νομίζω, άρα είμαι, όπως το συνόψισε ο Ντεκάρτ. Αυτό δεν είναι λάθος – θα επανέλθω σε αυτό αργότερα – αλλά δεν είναι ο τρόπος με τον οποίο οι κανονικοί άνθρωποι χρησιμοποιούν τη λέξη «τώρα». Μιλάμε για πράγματα που συμβαίνουν «τώρα» συνέχεια και ποτέ δεν ανησυχούμε για το πόσο χρόνο χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως. Γιατί δεν μπορούμε απλώς να συμφωνήσουμε σε κάποιο «τώρα» και να συνεχίσουμε με αυτό; Εννοώ, σκεφτείτε ξανά αυτό το χωροχρονικό διάγραμμα. Σαφώς αυτή η επίπεδη γραμμή είναι «τώρα», οπότε ας συμφωνήσουμε σε αυτό και ας προχωρήσουμε. Εντάξει, αλλά αν πρόκειται να είναι φυσική και όχι απλώς ένα διάγραμμα, πρέπει να καταλήξετε σε μια λειτουργική διαδικασία για να προσδιορίσετε τι εννοούμε με το «τώρα». Πρέπει να βρεις τρόπο να το μετρήσεις. Ο Αϊνστάιν έκανε ακριβώς αυτό σε αυτό που ονόμασε Gedankeexperiment, ένα «πείραμα σκέψης». Είπε, ας υποθέσουμε ότι τοποθετείτε έναν καθρέφτη στα δεξιά σας και έναν στα αριστερά σας. Εσείς και οι καθρέφτες βρίσκεστε σε σταθερή απόσταση μεταξύ τους, έτσι στο διάγραμμα χωροχρόνου φαίνεται κάπως έτσι. Στέλνεις ένα φωτόνιο αριστερά και ένα δεξιά και φροντίζεις να φύγουν και τα δύο φωτόνια ταυτόχρονα. Στη συνέχεια, περιμένετε να δείτε αν τα φωτόνια επανέρχονται ταυτόχρονα. Εάν δεν το κάνουν, προσαρμόζετε τη θέση σας μέχρι να το κάνουν. Τώρα θυμηθείτε τη δεύτερη υπόθεση του Αϊνστάιν, η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα η ίδια. Αυτό σημαίνει ότι αν μπορείτε να στείλετε φωτόνια και στους δύο καθρέφτες και να επανέλθουν ταυτόχρονα, τότε πρέπει να βρίσκεστε ακριβώς στη μέση μεταξύ των κατόπτρων. Το τελευταίο βήμα είναι τότε να πούμε ότι ακριβώς στον μισό χρόνο που χρειάζεται για να επιστρέψουν τα φωτόνια, ξέρετε ότι πρέπει να αναπηδούν από τον καθρέφτη. Θα μπορούσατε να πείτε «τώρα» την κατάλληλη στιγμή, παρόλο που το φως από εκεί δεν έχει φτάσει ακόμα σε εσάς. Φαίνεται ότι έχετε βρει έναν τρόπο να δημιουργήσετε το "τώρα". Αλλά εδώ είναι το πρόβλημα. Ας υποθέσουμε ότι έχετε έναν φίλο που περνάει με σταθερή ταχύτητα, ίσως σε ένα διαστημόπλοιο. Την λένε Αλίκη, είναι πολύ πιο ψύχραιμη από σένα και δεν ξέρεις γιατί συμφώνησε να γίνει φίλη μαζί σου. Αλλά εδώ είναι, περνά με ταχύτητα με το διαστημόπλοιό της από αριστερά προς τα δεξιά. Όπως είδαμε νωρίτερα, στο διάγραμμα χωροχρόνου σας, η Αλίκη κινείται σε μια κεκλιμένη ευθεία. Κάνει ακριβώς το ίδιο πράγμα με εσάς, τοποθετεί καθρέφτες και στις δύο πλευρές, στέλνει φωτόνια και περιμένει να επιστρέψουν και μετά λέει όταν περάσει ο μισός χρόνος ότι είναι η στιγμή που τα φωτόνια χτυπούν τους καθρέφτες. Μόνο που αυτό σαφώς δεν είναι σωστό από την άποψή σου. Επειδή οι καθρέφτες στα δεξιά της είναι προς την κατεύθυνση της πτήσης της, οπότε το φως χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να φτάσει εκεί απ' ό,τι στους καθρέφτες στα αριστερά, που κινούνται προς το φως. Θα λέγατε ότι το φωτόνιο που πηγαίνει αριστερά χτυπά καθαρά πρώτα τον καθρέφτη επειδή ο καθρέφτης έρχεται σε αυτόν. Από τη δική σας οπτική γωνία, απλά δεν το προσέχει γιατί όταν τα φωτόνια επιστρέφουν στην Αλίκη, συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο. Το φωτόνιο που έρχεται από αριστερά χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να επιστρέψει, επομένως το καθαρό αποτέλεσμα ακυρώνεται. Αυτό που λέει η Alice ότι συμβαίνει «τώρα» δεν είναι σαφώς αυτό που νομίζεις ότι συμβαίνει «τώρα». Για την Αλίκη από την άλλη, εσύ είσαι αυτή που κινείται σε σχέση με αυτήν. Και πιστεύει ότι η αντίληψή της για το «τώρα» είναι σωστή και η δική σας λάθος. Ποιος έχει δίκιο λοιπόν; Μάλλον η Αλίκη, θα πεις. Γιατί είναι πολύ πιο ψύχραιμη από σένα. Τελικά έχει ένα διαστημόπλοιο. Ισως. Ας ρωτήσουμε όμως τον Αϊνστάιν. Εδώ μπαίνει η τέταρτη υπόθεση του Αϊνστάιν. Οι απόψεις όλων των παρατηρητών είναι εξίσου έγκυρες. Άρα έχετε δίκιο και οι δύο. Ή, για να το θέσω διαφορετικά, η έννοια του «τώρα» εξαρτάται από τον παρατηρητή, είναι «εξαρτώμενη από τον παρατηρητή» όπως λένε οι φυσικοί. Το δικό σου «τώρα» δεν είναι το ίδιο με το δικό μου «τώρα». Αν σας αρέσουν οι τεχνικοί όροι, αυτό λέγεται και σχετικότητα του ταυτόχρονου. Αυτές οι αναντιστοιχίες στο τι πιστεύουν οι διαφορετικοί παρατηρητές ότι συμβαίνει «τώρα» είναι εξαιρετικά μικροσκοπικές στην καθημερινή ζωή. Γίνονται αισθητά μόνο όταν οι σχετικές ταχύτητες πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, επομένως δεν τις παρατηρούμε κανονικά. Αν εσείς και εγώ μιλήσουμε για το ποιος χτύπησε την πόρτα αυτή τη στιγμή, δεν θα παρεξηγηθούμε. Αν κάναμε φερμουάρ σχεδόν με την ταχύτητα οθόνη, τηλέφωνο ή φορητό υπολογιστή. Υπάρχει τώρα η οθόνη; Αν δεν είστε από το μέλλον και παρακολουθείτε αυτό το βίντεο ως ολόγραμμα στο διαστημικό σας σπίτι, θα υποθέσω ότι η απάντηση είναι ναι. Αλλά ένας φυσικός μπορεί να επισημάνει ότι στην πραγματικότητα δεν ξέρεις. Επειδή το φως που εκπέμπεται από την οθόνη τώρα δεν έχει φτάσει ακόμα σε εσάς. Επίσης, αν είστε από το μέλλον και παρακολουθείτε αυτό ως ολόγραμμα, φροντίστε να με κοιτάξετε από τα δεξιά. Είναι η καλή μου πλευρά. Ίσως κρατάτε το τηλέφωνο στο χέρι σας, αλλά τα νευρικά σήματα είναι γελοία αργά σε σύγκριση με το φως. Εάν δεν μπορούσατε να δείτε το χέρι σας και κάποιος άρπαξε το τηλέφωνό σας, θα χρειαζόταν αρκετά μικροδευτερόλεπτα για να φθάσει στον εγκέφαλό σας η πληροφορία ότι το τηλέφωνο έχει φύγει. Λοιπόν, πώς ξέρετε ότι το τηλέφωνό σας είναι εκεί τώρα; Ένας τρόπος για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση είναι να πείτε, καλά, δεν ξέρετε, και πραγματικά δεν ξέρετε ότι τίποτα υπάρχει τώρα, εκτός από τις δικές σας σκέψεις. Νομίζω, άρα είμαι, όπως το συνόψισε ο Ντεκάρτ. Αυτό δεν είναι λάθος – θα επανέλθω σε αυτό αργότερα – αλλά δεν είναι ο τρόπος με τον οποίο οι κανονικοί άνθρωποι χρησιμοποιούν τη λέξη «τώρα». Μιλάμε για πράγματα που συμβαίνουν «τώρα» συνέχεια και ποτέ δεν ανησυχούμε για το πόσο χρόνο χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως. Γιατί δεν μπορούμε απλώς να συμφωνήσουμε σε κάποιο «τώρα» και να συνεχίσουμε με αυτό; Εννοώ, σκεφτείτε ξανά αυτό το χωροχρονικό διάγραμμα. Σαφώς αυτή η επίπεδη γραμμή είναι «τώρα», οπότε ας συμφωνήσουμε σε αυτό και ας προχωρήσουμε. Εντάξει, αλλά αν πρόκειται να είναι φυσική και όχι απλώς ένα διάγραμμα, πρέπει να καταλήξετε σε μια λειτουργική διαδικασία για να προσδιορίσετε τι εννοούμε με το «τώρα». Πρέπει να βρεις τρόπο να το μετρήσεις. Ο Αϊνστάιν έκανε ακριβώς αυτό σε αυτό που ονόμασε Gedankeexperiment, ένα «πείραμα σκέψης». Είπε, ας υποθέσουμε ότι τοποθετείτε έναν καθρέφτη στα δεξιά σας και έναν στα αριστερά σας. Εσείς και οι καθρέφτες βρίσκεστε σε σταθερή απόσταση μεταξύ τους, έτσι στο διάγραμμα χωροχρόνου φαίνεται κάπως έτσι. Στέλνεις ένα φωτόνιο αριστερά και ένα δεξιά και φροντίζεις να φύγουν και τα δύο φωτόνια ταυτόχρονα. Στη συνέχεια, περιμένετε να δείτε αν τα φωτόνια επανέρχονται ταυτόχρονα. Εάν δεν το κάνουν, προσαρμόζετε τη θέση σας μέχρι να το κάνουν. Τώρα θυμηθείτε τη δεύτερη υπόθεση του Αϊνστάιν, η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα η ίδια. Αυτό σημαίνει ότι αν μπορείτε να στείλετε φωτόνια και στους δύο καθρέφτες και να επανέλθουν ταυτόχρονα, τότε πρέπει να βρίσκεστε ακριβώς στη μέση μεταξύ των κατόπτρων. Το τελευταίο βήμα είναι τότε να πούμε ότι ακριβώς στον μισό χρόνο που χρειάζεται για να επιστρέψουν τα φωτόνια, ξέρετε ότι πρέπει να αναπηδούν από τον καθρέφτη. Θα μπορούσατε να πείτε «τώρα» την κατάλληλη στιγμή, παρόλο που το φως από εκεί δεν έχει φτάσει ακόμα σε εσάς. Φαίνεται ότι έχετε βρει έναν τρόπο να δημιουργήσετε το "τώρα".

https://backreaction.blogspot.com