"Reunion 4" te zaman yolculuğu bu kuantum teorisi ile gerçekleştirilebilir mi?
Bu makale, WeChat kamu hesabı "Global Science" (ID: huanqiukexue) yetkisiyle çoğaltılmıştır.
Yeniden yazdırmak için lütfen newmedia@huanqiukexue.com ile iletişime geçin
"Avengers 4: Endgame" tanıtım fotoğrafı
Yazar | Zhang Hua
"Avengers 4: The Endgame" filminde böyle bir olay örgüsü var: Ant-Man, Hulk'a geçmişe geçtikten sonra geçmişle iletişim kurmamaya dikkat etmesini söyler, çünkü Ant-Man geri döndükten sonra, Geçmişteki kişisel temas tetiklenecek " Büyükbaba paradoksu ". Ama Hulk, Ant-Man'e böyle bir şeyin olmayacağını söyledi.
Sözde "büyükbaba paradoksu", bir kişi zamanda geriye gidip büyükbabasını öldürürse ve büyükbabası evli değilse ve çocukları olursa, babasının doğmayacağı ve kendisi doğmayacağı anlamına gelir. Bu durumda, bu kişi zamanda nasıl geri döndü ve büyükbabasını öldürdü? Yani bu bir paradoks. Bu paradoks, makroskopik bir nesnenin (bir kişinin) geçmişe dönmesinin imkansız olduğunu göstermektedir.
Büyükbabanın paradoksu: büyükbabasını öldüren zaman yolcusu kendiliğinden kaybolacak.
Kaynak: lilu330 / 123rf.com / Michael Milford.
Öyleyse, teoride, "büyükbaba paradoksu" olacak mı?
Dünya hattı
"Seyahat" gibi konuları tartıştığımızda, öncelikle temel bir kavram-dünya çizgisine sahip olmamız gerekir.
Dünya çizgisini "zaman çizelgesi" olarak çevirmeyi seven pek çok insan var - bu çeviri resmi bir akademik terim olmasa da, aslında bu terimin fiziksel anlamına daha uygun.
"Dünya çizgisi" kavramı, Einstein tarafından 1905 yılında "Hareketli Cismin Elektrodinamiği Üzerine" adlı makalede ortaya atılmıştır. Bu, Einstein'ın özel görelilik teorisini yarattığı ilk makaleydi, zamanı ve mekanı eşit bir zemine koydu ve onları dört boyutlu bir uzay-zamana entegre etti.
Ve bir parçacık Ya da yanlız Dört boyutlu uzay-zamanda yörünge Dünya çizgisi mi .
Örneğin, bir sinek hareketsiz bir insanı çevreler, geleneksel Newton mekaniği perspektifinden, sineğin ve kişinin durumu eşittir, çünkü sineğin bakış açısından, kişi kendi etrafında döner. Ancak modern Einstein'ın görelilik kuramı perspektifinden, Newton'un görüşü yanlıştır, çünkü bu konu dört boyutlu uzay-zamanda tartışılmalıdır - sadece uzay yörüngesi değil, zaman da dikkate alınmalıdır. Zaman ve uzayda, insanlar hala olduğu için, dünya çizgileri düz bir çizgidir ve sinek, zaman ve uzay açısından daireler halinde dönmeye devam ettiği için, dünya sinek çizgisi bir sarmaldır. Bu nedenle, dört boyutlu zaman ve mekanda sinekler ve insanlar aynı statüye sahip değildir.
Fizikte dünya çizgisinin uzunluğu, bir nesnenin yaşadığı gerçek zamanı temsil eder.
Bir kişi geçmişe dönebiliyorsa, o kişinin dünya çizgisi, kapalı bir eğri oluşturmak için uçtan uca buluşacaktır. Bu kapalı eğrinin " Kapalı zaman benzeri eğri Burada "zaman gibi", bu kişinin yerel hızının her zaman ışık hızından daha düşük olduğu anlamına gelir.
Elbette, bir kişi için geçmişe geri dönmek, daha önceki bir geçmişe gidebilir, örneğin daha doğmadan önceki gibi - bu durumda, kişi doğrudan kendisini değil, yalnızca atalarını etkileyebilir. Bununla birlikte, atalarınızı etkilerseniz, kendinizi dolaylı olarak da etkileyeceksiniz - bu "büyükbaba paradoksunu" tetikleyecektir.
Mantıksal paradokslar olmasına rağmen, genel görelilikte, kişinin zamanda geriye gitmesine izin veren matematiksel olarak mükemmel çözümler vardır.
Gödel Uzay Zamanı
Öyle görünüyor ki, geçmişe geri dönmek, zaman ve uzayda "kapalı zaman benzeri eğri" ye karşılık geliyor. Bu konuyu açıklamak için, önce nispeten büyük başka bir kavramı tartışabiliriz, bu " Zaman yolculuğu ".
Görünüşe göre zaman ve uzay yolculuğu iki duruma bölünebilir.
İlk durum geleceğe seyahat etmektir. Bu mümkün ... Işık hızına yakın uçan bir uzay aracımız olduğu müddetçe bu uzay aracını alıp uzaya bir kez gidebiliriz.Dünya'ya döndüğümüzde belki de yeryüzünde 20 yıl geçmiş ve uzay gemisindeki insanların sadece 30 günü olabilir. . Bu, uzay aracındaki kişinin yalnızca 30 gün ila 20 yıl sonra seyahat etmesiyle eşdeğerdir.
Başka bir durum geçmişe geri dönmektir ve geçmişe dönmek iki duruma ayrılabilir.
Biri, geçmişe geri dönüp sonra geçmişle tanışmaktır ki bu, zaman ve uzayda "kapalı zaman benzeri bir eğri" nin varlığına eşdeğerdir - bu eğri, yolcunun dünya çizgisidir.
İkincisi, geçmişe geri dönmek, o dönemde doğmamış olmasına rağmen atalarını etkileyebiliyordu. Şu anda, traversin dünya çizgisi kapalı değildir, ancak traversin zaman ve uzaydaki yörüngesi "kapalı zaman benzeri eğri" nin bir parçası olarak kabul edilebilir.
Yukarıdaki iki durumu, zaman ve uzayda "kapalı zaman benzeri bir eğri" nin varlığına eşdeğer olarak kabul edebiliriz.
"Kapalı zaman benzeri eğrilerin" varlığı, zaman ve mekânla ilgili bazı özel gereksinimler ortaya koyar, çünkü kapalı zaman benzeri eğriler hiçbir zaman ve mekanda var olamaz.
"Kapalı zaman benzeri bir eğri" elde etmek için, bir bütün olarak dönen bir uzay-zaman bulmamız gerekir ve bu uzay-zamanın da negatif bir kozmolojik sabite sahip olması gerekir (bu kozmolojik sabit, dönmenin merkezkaç kuvvetine direnmek için çekici bir kuvvet oluşturabilir). Daha sonra, böyle belirli bir uzay-zaman bölgesinde kapalı zaman benzeri bir eğriye izin verilir.
Bu zaman ve mekan Gödel Uzay Zamanı . Gödel matematikçiydi, 1906 doğumlu ve Princeton'daki Institute for Advanced Study'de Einstein ile çalıştı. "Gödel'in Eksiklik Teoremi" ile ünlü.
Gödel'in evreninde, gözlemci nerede olursa olsun, gözlemciyi, dönen evrenin merkezi olarak görecektir. Gödel'in uzay-zamanı döndüğü için, uzay-zamandaki ışık konisi, uzay-zamanın dönüşü tarafından yavaşça eğilecek ve sonunda baş aşağı dönecektir. Ve herkesin zaman ve uzaydaki yörüngesi bir dünya çizgisidir. Zaman ve uzaydaki her noktada, dünya çizgisi ışık konisi içinde olmalıdır. Işık konisi düştüğünde, dünya çizgisi yavaşça dönüp dönebilir ve sonunda sona erebilir. Tanışın.
Gödel'in uzay-zamanının ışık konisi yapısı kapalı bir zaman eğrisi içindedir Resim, John Barrow'un popüler bilim kitabı "The Book of the Universe" den alınmıştır.
Kuantum mekaniği Paradoksu çözmek
Genel görelilik teorisi, "kapalı zaman benzeri eğri" nin "geçmişe dönüş" çözümünü tanımlamasına izin verse de, "büyükbaba paradoksunu" tetikleyeceği için fizikçiler bir ikilemde kalacaktır.
Bu ikilemi çözmek için kuantum mekaniğindeki araştırmacıların kendi güçleriyle katkıda bulunmaları gerekir. Ortada, David Deutsch'un çalışmaları temsilidir - evet, filmde Iron Man'in bahsettiği bilim insanıdır.
Deutsch 1953'te İsrail'de doğdu. Cambridge Üniversitesi'nden lisans derecesi, Oxford Üniversitesi'nden doktora ve daha sonra Oxford Üniversitesi'nde fizik profesörü aldı.Ana araştırma alanı kuantum bilgisi ve kuantum hesaplamadır.
Deutch, 1991'de kapalı zaman benzeri hatların fiziğini kuantum hesaplama teorisini kullanarak analiz eden "Kapalı zaman benzeri hatların yakınında kuantum mekaniği" adlı etkileyici bir makale yayınladı. doğa.
Her şeyden önce, Deutch uzay-zaman eğriliğini dikkate almıyor, yani kuantum mekaniğinin temel prensiplerinin normal olarak eğri uzay-zamanda kullanılabileceğine inanıyor. Kuantum özelliklerine sahip bir grup parçacık olduğunu varsayalım Bu parçacık grubunun dünya çizgisi genel göreliliği karşılar, ancak bu parçacıkların iç serbestlik dereceleri nicelleştirilir, bu nedenle kuantum mekaniği ile tanımlanabilirler. Deutch, bu parçacıkların dünya çizgileri birbirine yakın olduğunda kuantum etkileşimi olacağına dikkat çekti.
Tsinghua Üniversitesinden Ph.D. ve şu anda Oxford Üniversitesinde doktora sonrası araştırma yapan Yuan Xiao, şu yorumda bulundu: "Deutsche tarafından yazılan bu makalede, kuantum etkileşimi, zamanda geriye giden ve öldüren bir kişiyi temsil edebilen bir üniter dönüşüm U ile temsil edilmektedir. Ayrıca bu kişiyi geçmişe geri dönmesi ve geçmiş benliğinizle herhangi bir şey yapması için temsil edebilirsiniz. Kısacası bu, kuantum mekaniğini tatmin eden bir etkileşimdir. "
Deutsche'nin bu modeli bir "kuantum hesaplama ağı" dır.
Peki, dünya çizgisinin temsil ettiği zaman yönü burada nasıl yansıtılıyor? Kuantum mekaniğinde zaman yönü olmadığını biliyoruz Genel evrim üniterdir ve evrim için belirli bir zaman oku yoktur.
Zaman okunu tanıtmak için bir entropi kavramının olması gerekir. Bu nedenle, Deutsch, kapalı zaman benzeri eğrinin fiziksel özelliklerini analiz etmek için zaman okunu tasarlamak üzere kuantum hesaplama yoluyla bu sisteme kuantum hesaplamadaki "maksimum entropi ilkesini" tanıttı ve ardından bir anahtar formül önerdi. Araştırmacı " Doic Tutarlılık koşulları "Bu tutarlılık koşulu, kuantum durumunun solucan deliği içindeki kuantum simülasyonunda değiştirilmemesini sağlayabilir, bu kuantum halinin sözde" doğrusal olmayan evrimden "geçmesi gerektiği anlamına gelir.
Kapalı zaman eğrisinin yakınındaki fiziğe mikroskobik kuantum etkileri hakimdir.Burada, kuantum mekaniğindeki saf hal, karışık bir duruma evrimleşecektir. Bu zamanda, entropi artar, böylece zaman oku belirir. Başka bir deyişle, bir kuantum halinin dinamik evrimi üniter değildir - Deutch bu evrimi "doğrusal olmayan evrim" olarak adlandırır.
Bu doğrusal olmayan evrim altında, Deutch, bir kişinin geçmişe yaptığı yolculuğun bugünü etkilemeyeceğine inanıyor - Xiang Shaolongun Qin Arayışındaki Qin hanedanı boyunca yaptığı yolculuğa eşdeğer, ancak bu tarihi etkilemiyor, sadece tarihi yaratıyor. Ama tarihi değiştirmez - yani büyükbaba paradoksunu üretmez.
Bu nedenle Deutsch, Kapalı zaman benzeri eğrileri işlemek için kuantum hesaplamayı kullanarak, geleneksel büyükbaba paradoksu kuantum mekaniğinde gerçekleşmeyecek.
"Kapalı zaman benzeri eğri" simüle edin
Deutsch'un teorisine göre, herhangi bir deney var mı?
Gerçek deneylerin Gödel'in uzay-zamanını veya solucan deliklerini, şu anda kesinlikle mevcut olmayan kapalı bir zaman benzeri bir eğri oluşturmak için kullanması gerekiyor. Ancak bilim adamları, bu konuyu kabaca açıklamak için ilgili bir kuantum simülasyon deneyi yaptılar.
Haziran 2014'te, Avustralya'daki Queensland Üniversitesi'nden bilim adamı Martin Ringbauer ve diğerleri Nature Communications dergisinde "Kapalı zaman benzeri eğrilerin deneysel simülasyonu" başlıklı bir makale yayınladılar. Kağıtlar, onlar İlk kez, iki fotonun polarizasyon durumları, kuantum parçacıklarının "kapalı zaman benzeri eğrilerini" simüle etmek için kullanıldı.
Deneylerinde iki foton var ve bu iki fotonun polarizasyon durumları tamamen aynı. Bazı araştırmacılar bunun "bir parçacığın başka bir parçacığa geçmişte olduğu gibi aynı durumda müdahale etmesi" ile eşdeğer olduğuna işaret ettiler, bu da geçmiş benliğiyle etkileşime eşdeğer olabilir.
Yani bu iki foton aynı foton olarak kabul edilebilir (zaman ve uzayda yolculuk etmiş bir kişiye eşdeğer). Bu deneyde, bilim adamları geçmişte kuantum parçacıklarını simüle etmek için foton kullandılar ve girişim davranışlarını incelediler. Deneysel sonuçları şunu gösterdi: "Kapalı zaman benzeri eğri" kuantum ölçeğinde gerçekleştirilebilir.
Ancak Martin Ribal ve diğerlerinin yaptığı bu deney sadece bir kuantum simülasyonudur.Bu, fotonun gerçekten geçmişe döndüğü anlamına gelmez, sadece aynı fotonu geçmiş fotonu temsil etmek için kullanır. Yani aslında bazı mantıksal kusurlar var.
Ancak bu makale, Deutsch'un 1991 tarihli makalesinin deneysel bir doğrulaması olarak görülebilir. Yuan Xiao, "kapalı zaman benzeri eğrinin varlığının deneysel bir kanıtı olmadığına ve var olsa bile, insanların gelecekte kapalı zaman benzeri eğriyi kontrol edip edemeyeceğinin bilinmediğine" inanıyor.
Görünüşe göre "kapalı zaman benzeri eğri" üzerinde çalışmak için kuantum simülasyon deneyleri kullanmak uzun bir yol.
Bu makale, WeChat kamu hesabı "Global Science" (ID: huanqiukexue) yetkisiyle çoğaltılmıştır.
Yeniden yazdırmak için lütfen newmedia@huanqiukexue.com ile iletişime geçin
Düzenleme: AI
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
1. 10.000 metre yere düşmek
2. Geç saatlere kadar ayakta kalan ve yanlışlıkla matematikçileri ödev olarak gören bir problem yaratan bir öğrenci vardı.
3. Atom bombası üretim yönergeleri
4. Bir süre kediyi emmek harikadır ve kediyi emmeye devam etmek her zaman harikadır
5. Neden saçınızı uzun süre yıkamıyorsunuz ve yıkarken çok fazla köpük alamıyorsunuz? | No. 145
6. Yaşayan büyük bir insan hala idrarı boğabilir mi? ? ?
7. Peki WiFi veya 4G'den hangisi daha fazla güç tüketir?
8. Geçiş notu bulundu ve okundu ...
9. Kalemin üzerindeki hurda tahta silgisi neden kağıdı kolayca çiziyor?
10. Kuantum mekaniğini anlamak için bir resim (Schrödinger'in kedisi)
