האם מכניקת קוונטים יכולה להסביר את קיומו של זמן חלל?

מכניקת הקוונטים היא מוזרה. עבורנו, ישויות שאינן מסוגלות לראות את המיקרוקוסמוס בעין בלתי מזוינת, די קשה לדמיין כיצד הכל עובד ברמת האטומים. בינתיים, על פי התיאוריה האטומית, כל דבר ביקום מורכב מהחלקיקים הקטנים ביותר - אטומים, המוחזקים בידי כוחות חשמליים וגרעיניים. ניסויים פיזיים שבוצעו במאה ה -20 הראו שניתן לנפץ אטומים לחלקיקים תת-אטומיים קטנים עוד יותר. בשנת 1911 ערך הפיזיקאי הבריטי ארנסט רתרפורד סדרת ניסויים והגיע למסקנה שהאטום דומה למערכת השמש, רק אלקטרונים סובבים סביבו במסלולים במקום בכוכבי לכת. שנתיים לאחר מכן, כשהשתמש במודל של רתרפורד כבסיס, המציא הפיזיקאי נילס בוהר את תורת הקוונטים הראשונה של האטום, ובתחום זה של הפיזיקה התיאורטית הכל הסתבך עוד יותר. אך אם מכניקת הקוונטים מסבירה כיצד החלקיקים הקטנים ביותר מתקשרים זה עם זה, האם היא יכולה להסביר את קיומו של זמן חלל?

מדענים חיפשו תשובה לשאלה ממה מורכב זמן-זמן מזה שנים רבות, אך עד כה ללא הצלחה

מהו זמן חלל?

אני בטוח שרובנו תופסיםרצף המרחב-זמן כדבר מובן מאליו. וזה לא מפתיע, כי לא כל יום אנחנו חושבים על משהו כזה. אבל אם אתה חושב על זה, מתברר שלא כל כך קל לענות על השאלה מהו מרחב זמן.

נתחיל בזה שעל פי התיאוריהשל תורת היחסות (GR) מאת איינשטיין, ליקום יש שלושה ממדים מרחביים ומימד זמני. יחד עם זאת, כל ארבעת הממדים מקושרים באופן אורגני לשלמות אחת, כמעט שווים ובתוך מסגרות ותנאים מסוימים המסוגלים לעבור זה לזה. בתורו, הרצף מרחב-זמן או זמן חופשי האם הוא מודל פיזי שמשלים מרחב עם מימד זמן.

מרחב-זמן הוא רציף.

במסגרת תורת היחסות הכללית, למרחב-זמן יש גם אופי דינמי אחד, והאינטראקציה שלו עם כל האובייקטים הפיזיקליים האחרים היא כוח המשיכה.

במסגרת תורת היחסות הכללית, תורת הכבידה היא תורת המרחב-זמן, שאינו שטוח ויכול לשנות את העקמומיות שלו.

מהיחסות הכללית נובע גם שכוח הכבידה הואתוצאה של מסה, כמו כוכב לכת או כוכב, המעוותת את הגיאומטריה של זמן החלל. חלליות הכבידה של נאס"א, שהושקה בשנת 2004, מדדה במדויק כמה כוח המשיכה של כדור הארץ מתכופף סביב זמן, ובסופו של דבר מאשר את חישוביו של איינשטיין. אבל מאיפה הגיע זמן החלל? התשובה, באופן מוזר, עשויה להסתתר במכניקת הקוונטים.

מכניקת קוונטים ותורת הכבידה

על פי פורטל האסטרונומיה.com, היום פיסיקאים נמצאים על סף מהפכה שעלולה להוביל לתיקון של כל מה שאנחנו יודעים על זמן המרחב ואולי להסבר מדוע מכניקת הקוונטים נראית כל כך מוזרה.

"זמן-זמן וכוח המשיכה צריכים להיותבסופו של דבר לצאת ממשהו אחר ", כותב הפיזיקאי בריאן סווינגל מאוניברסיטת מרילנד במאמר שפורסם בסקירה השנתית לפיזיקה של חומרים מעובה. אחרת, קשה לראות כיצד כוח המשיכה של איינשטיין והמתמטיקאי של מכניקת הקוונטים יכולים ליישב בין אי-התאמה ארוכת שנים שלהם.

מכניקת הקוונטים סותרת את היחסות הכללית

השקפתו של איינשטיין על כוח המשיכה כביטויהגיאומטריה בחלל הזמן הצליחה מאוד. אך כך גם לגבי מכניקת הקוונטים, המתארת ​​את מכונות החומר והאנרגיה ברמה האטומית בדיוק בלתי-מוטעה. עם זאת, ניסיונות למצוא פיתרון מתמטי שישלב מוזרות קוונטית עם כוח משיכה גיאומטרי נתקלו במכשולים טכניים ומושגיים רציניים.

האם אתה רוצה להתעדכן בחדשות האחרונות מעולם המדע הפופולרי והטכנולוגיות הגבוהות? הירשם לערוץ החדשות שלנו בחדשות Google כדי שלא תחמיץ שום דבר מעניין.

לפחות זה היה המקרה במשך זמן רב.מנסה להבין מרחב-זמן רגיל. תשובה אפשרית הגיעה מהמחקר התיאורטי של גיאומטריות חלופיות בזמן, הניתן להעלות על הדעת באופן עקרוני, אך בעל תכונות יוצאות דופן. חלופה אחת כזו מכונה שטח נגד דסיטרשנוטה להתכווץ מעצמו,ולא להרחיב, כפי שעושה היקום. לכל החיים, כמובן, זה לא יהיה המקום הנעים ביותר. אך כמעבדה לחקר תיאוריות של כוח המשיכה הקוונטי, יש לה הרבה מה להציע ואף להיות המפתח לתהליכים קוונטיים שעשויים להיות אחראים ליצירת זמן מרחב.

מהו שטח נגד דסיטר?

מחקר שטח נגד דסיטרמציעים, למשל, שהמתמטיקה המתארת ​​את כוח המשיכה (כלומר הגיאומטריה של זמן המרחב) עשויה להיות שווה ערך למתמטיקה של פיזיקת הקוונטים בחלל עם ממד אחד פחות.

דמיין הולוגרמה - דו מימדי שטוחמשטח הכולל תמונה תלת ממדית. כמו כן, אולי הגיאומטריה הארבע-ממדית של זמן החלל יכולה להיות מקודדת במתמטיקה של פיזיקה קוונטית העובדת במרחב תלת מימדי. או אולי יש צורך במדידות נוספות - אך כמה מדידות נדרשות הן חלק מהבעיה שיש לפתור.

הסתבכות קוונטית היא אחת התיאוריות המדעיות הקשות ביותר להבנה

בכל מקרה, חקר בכיוון זהגילה אפשרות מדהימה: זמן המרחב עצמו יכול להיווצר על ידי פיזיקה קוונטית, במיוחד על ידי תופעה מסתורית המכונה הסתבכות קוונטית. דנתי בפירוט מהי הסתבכות קוונטית במאמר זה.

אם תנסה להסביר פשוט יותר או פחותבמילים אחרות, אז הסתבכות קוונטית היא קשר על טבעי בין חלקיקים המופרדים על ידי מרחקים עצומים. הנפלטים ממקור משותף, חלקיקים אלה נותרים מסובכים ולא משנה כמה הם רחוקים זה מזה. אם אתה מודד מאפיין (למשל, ספין) של חלקיק אחד, תדע מה תהיה התוצאה של מדידת הסיבוב של חלקיק אחר. אך לפני המדידה, תכונות אלה טרם נקבעו, דבר המנוגד לשכל הישר ומאושר על ידי ניסויים רבים. נראה כי מדידה במקום אחד קובעת מה תהיה המדידה במקום רחוק אחר.

תהיתם: מדוע פיזיקה קוונטית דומה לקסם?

המאמצים האנרגטיים של כמה פיזיקאים הוצגולעולם, עדויות תיאורטיות לכך שרשתות של מצבי קוונטים מסובכים שוזרות את מרקם המרחב-זמן. מצבים קוונטיים אלה מתוארים לעתים קרובות כ"קוביטים "- פיסות מידע קוונטי. קווביטים מסובכים יוצרים רשתות עם גיאומטריה בחלל עם ממד נוסף החורג ממספר הממדים בהם נמצאים הקוביטים. לפיכך, ניתן להשוות את הפיזיקה הקוונטית של הקוביטים לגיאומטריה של החלל עם ממד נוסף.

ראוי לציין כי הגיאומטריה נוצרהקוויביטים מסובכים, יכולים בהחלט לציית למשוואות מתורת היחסות הכללית של איינשטיין, המתארות תנועה בהשפעת כוח הכבידה - לפחות, מחקרים אחרונים מצביעים על כיוון זה.

לסיכום, אני מציין שאף אחד לא יודע בוודאותאילו תהליכים קוונטיים בעולם האמיתי אחראים לשזירת מארג המרחב-זמן. יתכן שחלק מההנחות שהועלו בחישובים הקיימים יתבררו כשגויות. אך בהחלט יתכן שהפיזיקה נמצאת על סף חדירת יסודות הטבע עמוק מתמיד. קיום המכיל מימדים של מרחב וזמן שלא היו ידועים בעבר.