Posibilitatea de a călători în timp folosind metode optice a fost respinsă de oamenii de știință din Hong Kong. Cu toate acestea, rămâne încă posibilitatea ipotetică de a crea o mașină a timpului folosind regiuni de supergravitație, cum ar fi găurile negre sau „găurile de vierme”.
O modalitate ipotetică de a călători în timp este să călătorești cu viteze de ordinul vitezei luminii, sau chiar mai rapide. În ciuda uneia dintre afirmațiile fundamentale ale teoriei relativității a lui Einstein, care este imposibilitatea de a atinge viteze mai mari decât viteza luminii, în ultimii zece ani s-a dezvoltat o dezbatere în comunitatea științifică, a cărei esență se rezumă la faptul că fotonii unici pot fi „superluminali”.
Demonstrarea existenței unor astfel de fotoni ar însemna posibilitatea teoretică a călătoriei în timp, întrucât acești fotoni ar încălca principiul cauzalității.
Acest principiu în fizica clasică înseamnă următoarele: orice eveniment care a avut loc la momentul t 1 poate afecta un eveniment care a avut loc la momentul t 2 numai dacă t 1 este mai mic decât t 2 . În teoria relativității, acest principiu este formulat într-un mod similar, doar că adaugă și condiții asociate cu efecte relativiste, datorită cărora timpul depinde de cadrul de referință ales.
Motivul reluării discuției despre existența fotonilor „superluminali” a apărut în ianuarie 2010. Apoi, în revista Optic Express a fost publicat un articol al oamenilor de știință americani, despre care a fost discutat de departamentul de știință al Gazeta.Ru. În experimentul lor, cercetătorii au trecut fotoni printr-un teanc de materiale de diferite naturi.
Prin alternarea straturilor de indici de refracție înalți și scăzuti, oamenii de știință au observat că fotonii individuali au trecut prin placa de 2,5 microni grosime la viteze aparent superluminale.
Autorii lucrării au încercat să explice acest fenomen din punctul de vedere al naturii corpusculare a luminii (la urma urmei, lumina este atât o undă, cât și un flux de particule-fotoni în același timp) fără a încălca teoria relativității, argumentând că viteza observată este un fel de iluzie. În experiment, lumina începe și își termină călătoria ca un foton. Când unul dintre acești fotoni traversează granița dintre straturile de material, creează o undă pe fiecare suprafață - un precursor optic (pentru claritate, un precursor optic poate fi comparat cu o undă de aer care apare în fața unui tren în mișcare).
Aceste valuri interacționează între ele, creând un model de interferență: adică intensitățile valurilor sunt redistribuite, creând un model de maxime și minime clare, la fel ca atunci când contravalurile din ocean formează un strat de maree - un val de apă. Cu o anumită aranjare a straturilor H și L, interferența undelor provoacă efectul de „sosire timpurie” a unor fotoni. Dar alți fotoni, dimpotrivă, ajung vizibil mai târziu decât de obicei, datorită apariției minimelor de interferență în imagine. Pentru a detecta corect viteza, trebuie să înregistrați toți fotonii care trec prin straturi, apoi media va da viteza obișnuită a luminii.
Pentru a confirma această explicație, au fost necesare observații ale unui singur foton și ale precursorului său optic.
Experimentul corespunzător a fost realizat de un grup de oameni de știință condus de profesorul Du Chengwan de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong (HKUST).
În experimentul lor, cercetătorii au creat o pereche de fotoni, după care unul dintre ei a fost trimis într-un mediu constând din răcit la temperaturi scăzute atomi de rubidio. Prin crearea efectului de transparență indusă de electromagnetice (unde un mediu care absoarbe radiația devine transparent atunci când i se aplică un câmp adecvat), Du și colegii au măsurat cu succes atât vitezele fotonului în sine, cât și ale precursorului său optic principiul cauzalității este valabil pentru fotonii individuali”, spune rezumatul lucrării publicat în Physical Review Letters.
Astfel, această lucrare a pus capăt dezbaterii științifice despre dacă ar putea exista fotoni „superluminali” individuali.
În plus, experimentul oamenilor de știință din Hong Kong este important pentru dezvoltarea opticii cuantice, o mai bună înțelegere a mecanismului tranzițiilor cuantice și, în general, a unor principii ale fizicii.
Ei bine, oamenii care visează să călătorească înapoi în timp nu ar trebui să dispere.
Încălcarea principiului cauzalității de către fotonii individuali nu a fost singura posibilitate ipotetică pentru crearea unei mașini a timpului.
Ipoteza despre o simulare computerizată a universului nostru a fost înaintată în 2003 de către filozoful britanic Nick Bostrom, dar și-a primit deja adepții în persoana lui Neil deGrasse Tyson și Elon Musk, care au exprimat că probabilitatea ipotezei este de aproape 100% . Se bazează pe ideea că tot ceea ce există în universul nostru este produsul unei simulări, la fel ca experimentele efectuate de mașini din trilogia Matrix.
Teoria simulării
Teoria crede că, având în vedere un număr suficient de calculatoare cu putere mare de calcul, devine posibilă simularea în detaliu a întregii lumi, care va fi atât de credibilă încât locuitorii săi vor avea conștiință și inteligență.
Pe baza acestor idei, putem presupune: ce ne împiedică să trăim într-o simulare pe computer? Poate că o civilizație mai avansată efectuează un experiment similar, după ce a obținut tehnologiile necesare, și întreaga noastră lume este o simulare?
Mulți fizicieni și metafizicieni au creat deja argumente convingătoare în favoarea ideii, invocând diverse anomalii matematice și logice. Pe baza acestor argumente, se poate presupune existența unui model computerizat cosmic.
Infirmarea matematică a ideii
Cu toate acestea, doi fizicieni de la Oxford și de la Universitatea Ebraică din Ierusalim, Zohar Ringel și Dmitry Kovrizhin, au demonstrat imposibilitatea unei astfel de teorii. Ei și-au publicat concluziile în revista Science Advances.
După simularea unui sistem cuantic, Ringel și Kovrizhin au descoperit că simularea doar a câtorva particule cuantice ar necesita resurse computaționale enorme, care, datorită naturii fizicii cuantice, ar crește exponențial odată cu numărul de cuante simulate.
Pentru a stoca o matrice care descrie comportamentul a 20 de rotiri de particule cuantice, va fi necesar un terabyte de RAM. Extrapolând aceste date cu doar câteva sute de rotiri, constatăm că pentru a crea un computer cu această cantitate de memorie ar fi nevoie de mai mulți atomi decât numărul total de atomi din univers.
Cu alte cuvinte, având în vedere complexitatea lumii cuantice pe care o observăm, se poate dovedi că orice a propus simulare pe calculator universul va eșua.
Sau poate este o simulare până la urmă?
Pe de altă parte, continuând raționamentul filozofic, o persoană va ajunge rapid la întrebarea: „Este posibil ca civilizațiile mai avansate să pună în mod deliberat această complexitate a lumii cuantice în simulator pentru a ne conduce pe rătăcire?” La aceasta Dmitri Kovrizhin răspunde:
Aceasta este o întrebare filozofică interesantă. Dar este în afara domeniului de aplicare al fizicii, așa că aș prefera să nu comentez.
Fizicienii din Israel și Rusia au demonstrat că umanitatea nu trăiește într-o matrice.
youtube.com
Experții au încercat să simuleze un sistem cuantic (gaz bidimensional cu efect Hall cuantic fracționat) metode clasice(în cele din urmă bazat pe integrala Feynman care operează cu acțiunea mecanicii clasice).
Pe măsură ce numărul de particule din simulare a crescut, oamenii de știință au descoperit că resursele de calcul necesare pentru a rula simularea au crescut exponențial, mai degrabă decât liniar. În acest caz, stocarea informațiilor despre câteva sute de electroni ar necesita o memorie construită din mai mulți atomi decât sunt conținuti în Universul observabil.
„Acest lucru arată, de asemenea, că conducția Hall este într-adevăr un efect cuantic pentru care nu există un analog clasic local”, a spus coautorul Zohar Ringel de la Universitatea Ebraică din Ierusalim, Israel.
Prima parte a trilogiei de cult „The Matrix” a fost lansată în 1999. Filmul a câștigat patru premii Oscar, precum și 28 de premii diferite și 36 de nominalizări. Filmul descrie un viitor în care realitatea care există pentru majoritatea oamenilor este de fapt o simulare a creierului într-un balon creată de mașini inteligente pentru a subjuga și a calma populația umană, în timp ce căldura și activitatea electrică a corpului lor sunt folosite de către mașinile ca sursă de energie.
Este cu adevărat posibil ca un obiect fizic în mișcare să existe și care are energie zero? Din punctul de vedere al bunului simț, acest lucru este imposibil, deoarece mișcarea în sine este energie cinetică. Acest fapt fizic destul de evident a fost contestat de conceptul de cristale cuantice spațiu-timp, care a fost propus în 2012 de fizicianul și câștigătorul Premiului Nobel Frank Wilczek de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Aceste cristale spațiu-timp sunt sisteme cuantice teoretice care suferă oscilații periodice în timp ce se află într-o stare standard, cea mai scăzută stare de energie.
Ideea creării unui cristal cuantic spațiu-timp s-a dovedit a fi atât de atractivă încât un grup de fizicieni de la Universitatea din California din Berkeley a început chiar să se pregătească pentru a crea o configurație experimentală în care rolul cristalului a fost jucat de ioni de calciu prinși într-o capcană de ioni inel. Sub influența extrem de slabi câmp magnetic Ionii de calciu ar fi trebuit să înceapă să se rotească încet, fiind în starea lor de cea mai scăzută energie. Teoretic, rotația unui astfel de sistem poate continua la nesfârșit, chiar și după moartea termică a Universului, deoarece un astfel de sistem nu absoarbe și nu emite energie.
Dar, ca orice teorie fizică exotică, teoria cristalelor spațiu-timp, pe lângă adepții săi, are și adversari înfocați. Unul dintre oponenții acestei teorii este celebrul fizician Patrick Bruno, care lucrează la laboratorul European Synchrotron Radiation Facility situat în Grenoble, Franța. Bruno a subliniat de mai multe ori unele „găuri” în teoria cristalelor spațiu-timp și nu cu mult timp în urmă a lăsat această teorie neîntorsă, creând propria „teorie a opririi”, care exclude complet posibilitatea de rotație nesfârșită a unei largi. clasă de sisteme situate în stare standard, care pot fi numite cristale spațiu-timp.
Conform teoriei lui Bruno, conceptul de cristale spațiu-timp are două dezavantaje principale. În primul rând, solitronul rotativ (impulsul de undă unitară) pe care Wilczek îl descrie în modelul său nu este într-o stare standard, ci într-o stare de energie mai mare. În al doilea rând, un sistem care suferă mișcare de rotație, chiar dacă este într-o stare standard, poate radia energie în spațiul înconjurător sub forma unde electromagnetice, care în sine contrazice legea conservării energiei.
Ca principal argument pentru teoria sa, Bruno demonstrează că stabilirea unui sistem inel de particule cuantice în jurul unui inel de capcană magnetică va crește în orice caz energia întregului sistem, mutându-l de la starea standard la o stare de energie superioară. Bruno consideră că dovada acestui lucru este descrierea sistemelor rotative descrise în lucrările laureatului Nobel Anthony Leggett, care a studiat proprietățile superfluidelor rotative, lichide cu un coeficient de fluiditate infinit.
Bruno spune că primul său argument nu ar trebui să fie o surpriză, deoarece o teorie dezvoltată în 1964 de un alt laureat al Premiului Nobel, Walter Kohn, afirmă că materialele izolatoare sunt complet insensibile la fluxurile magnetice și la modificările acestora. Deoarece cristalele cuantice de spațiu-timp sunt modelate ca cristale Wigner, iar cristalele Wigner sunt cunoscute a fi izolatoare, atunci flux magnetic iar câmpul magnetic nu va putea face ca sistemul cristalin spațiu-timp să se rotească.
„Cred că, dezvoltând „teoria opririi”, am pus capăt teoriei posibilității existenței cristalelor spațio-timp în rotație, îmi pare rău că a fost pierdut mult din timpul meu și al altor oameni de știință această teorie inițial incorectă nu am de gând să continui munca în această direcție, dar dacă vine cineva cu opțiuni alternative, care nu intră în conflict cu teoriile existente, voi fi bucuros să revin din nou la acest subiect”, scrie Bruno.
O modalitate ipotetică de a călători în timp este de a călători cu viteze de ordinul vitezei luminii, sau chiar mai rapide. În ciuda uneia dintre afirmațiile fundamentale ale teoriei relativității a lui Einstein, care este imposibilitatea de a atinge viteze mai mari decât viteza luminii, în ultimii zece ani s-a dezvoltat o dezbatere în comunitatea științifică, a cărei esență se rezumă la faptul că fotonii unici pot fi „superluminali”.
Demonstrarea existenței unor astfel de fotoni ar însemna posibilitatea teoretică a călătoriei în timp, întrucât acești fotoni ar încălca principiul cauzalității.
Acest principiu în fizica clasică înseamnă următoarele: orice eveniment care a avut loc la momentul t 1 poate afecta un eveniment care a avut loc la momentul t 2 numai dacă t 1 este mai mic decât t 2 . În teoria relativității, acest principiu este formulat într-un mod similar, doar că adaugă și condiții asociate cu efecte relativiste, datorită cărora timpul depinde de cadrul de referință ales.
Motivul reluării discuției despre existența fotonilor „superluminali” a apărut în ianuarie 2010. Apoi, în revista Optic Express a fost publicat un articol al oamenilor de știință americani, despre care a fost discutat de departamentul de știință al Gazeta.Ru. În experimentul lor, cercetătorii au trecut fotoni printr-un teanc de materiale de diferite naturi.
Prin alternarea straturilor de indici de refracție înalți și scăzuti, oamenii de știință au observat că fotonii individuali au trecut prin placa de 2,5 microni grosime la viteze aparent superluminale.
Autorii lucrării au încercat să explice acest fenomen din punctul de vedere al naturii corpusculare a luminii (la urma urmei, lumina este atât o undă, cât și un flux de particule-fotoni în același timp) fără a încălca teoria relativității, argumentând că viteza observată este un fel de iluzie. În experiment, lumina începe și își termină călătoria ca un foton. Când unul dintre acești fotoni traversează granița dintre straturile de material, creează o undă pe fiecare suprafață - un precursor optic (pentru claritate, un precursor optic poate fi comparat cu o undă de aer care apare în fața unui tren în mișcare). Aceste valuri interacționează între ele, creând un model de interferență: adică intensitățile valurilor sunt redistribuite, creând un model de maxime și minime clare, la fel ca atunci când contravalurile din ocean formează un strat de maree - un val de apă. Cu o anumită aranjare a straturilor H și L, interferența undelor provoacă efectul de „sosire timpurie” a unor fotoni. Dar alți fotoni, dimpotrivă, ajung vizibil mai târziu decât de obicei, datorită apariției minimelor de interferență în imagine. Pentru a detecta corect viteza, trebuie să înregistrați toți fotonii care trec prin straturi, apoi media va da viteza obișnuită a luminii.
Pentru a confirma această explicație, au fost necesare observații ale unui singur foton și ale precursorului său optic.
Experimentul corespunzător a fost realizat de un grup de oameni de știință condus de profesorul Du Chengwan de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong (HKUST).
În experimentul lor, cercetătorii au creat o pereche de fotoni, după care unul dintre ei a fost trimis într-un mediu format din atomi de rubidiu răciți la temperaturi scăzute. Prin crearea efectului de transparență indusă de electromagnetice (unde un mediu care absoarbe radiația devine transparent atunci când i se aplică un câmp adecvat), Du și colegii au măsurat cu succes atât vitezele fotonului în sine, cât și ale precursorului său optic principiul cauzalității este valabil.” pentru fotonii individuali”, spune rezumatul lucrare publicată în Physical Review Letters.
Astfel, această lucrare a pus capăt dezbaterii științifice despre dacă ar putea exista fotoni „superluminali” individuali.
În plus, experimentul oamenilor de știință din Hong Kong este important pentru dezvoltarea opticii cuantice, o mai bună înțelegere a mecanismului tranzițiilor cuantice și, în general, a unor principii ale fizicii.
Ei bine, oamenii care visează să călătorească înapoi în timp nu ar trebui să dispere.
Încălcarea principiului cauzalității de către fotonii individuali nu a fost singura posibilitate ipotetică pentru crearea unei mașini a timpului.
Într-un interviu Toronto Star Du Chengwan a declarat:„Călătoria în timp bazată pe fotoni sau metode optice nu este posibilă, dar nu putem exclude alte posibilități precum găurile negre sau "găuri de vierme".