Zaman sorunu - Problem of time

Olarak teorik fizik , zaman sorunu arasında kavramsal çatışma genel görelilik ve kuantum mekaniği genel görelilik dövülebilir ve göreli olarak zaman akışını ilgili ise, o kuantum mekaniği olarak evrensel ve mutlak olarak zaman akışını kabul eder. Bu problem, fiziksel anlamda zamanın gerçekte ne olduğu ve gerçekten gerçek, farklı bir fenomen olup olmadığı sorusunu gündeme getirmektedir . Aynı zamanda, mikroskobik düzeyde bilinen hiçbir fiziksel yasanın tek bir yön gerektirmediği gerçeğine rağmen, zamanın neden tek bir yönde akıyor göründüğü ile ilgili soruyu da içerir. Makroskopik sistemler için yönlülük zamanın doğrudan bağlantılıdır ilk ilkeler gibi termodinamiğin ikinci yasasına .

Kuantum mekaniğinde zaman

In klasik mekanik , özel bir durum, sistemin kendisi dışındaki bir klasik fon parametre olarak kabul edilir anlamda zaman atanır. Bu özel rol, kuantum mekaniğinin standart formülasyonunda görülür. İyi tanımlanmış bir değere sahip a priori verilen klasik arka planın bir parçası olarak kabul edilir. Aslında, zamanın klasik olarak ele alınması , kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuyla ve dolayısıyla kuantum teorisinin kavramsal temelleriyle derinden iç içedir : gözlemlenebilirlerin tüm ölçümleri, zamanın belirli anlarında yapılır ve olasılıklar yalnızca bu tür ölçümlere atanır. .

Özel görelilik , zaman kavramını değiştirdi. Ancak sabit bir Lorentz gözlemcisinin bakış açısından zaman, seçkin, mutlak, dışsal, küresel bir parametre olarak kalır. Newtoncu zaman kavramı, esasen, uzay-zaman yapısında saklı özel göreli sistemlere geçer .

Genel görelilikte mutlak zamanın tersine çevrilmesi

Klasik olarak uzay-zaman mutlak bir arka plan gibi görünse de, genel görelilik uzay-zamanın aslında dinamik olduğunu ortaya koymaktadır; yerçekimi uzay-zaman geometrisinin bir tezahürüdür. Madde uzay-zaman ile reaksiyona girer:

Uzayzaman maddeye nasıl hareket edeceğini söyler; madde uzay-zamana nasıl eğileceğini söyler.

—  John Archibald Wheeler , Geons, Black Holes ve Quantum Foam, s. 235

Ayrıca uzay-zaman kendi kendisiyle etkileşime girebilir (örneğin yerçekimi dalgaları). Uzay-zamanın dinamik doğasının çok çeşitli sonuçları vardır.

Delik argümanı yoluyla uzay-zamanın dinamik doğası , teorinin difeomorfizm değişmez olduğunu ima eder . Kısıtlamalar, dört boyutlu teorinin difeomorfizm değişmezliğinin kanonik teorisindeki damgadır. Hamiltonyen aynı şekilde ortadan kalktığı için teorinin dinamiklerini de içerirler. Kuantum teorisinin belirgin bir dinamiği yoktur; dalga fonksiyonları kısıtlamalar tarafından yok edilir ve Dirac gözlemlenebilirleri kısıtlamalarla yer değiştirir ve bu nedenle hareket sabitleridir. Kuchar "uzun ömürlüler" fikrini ve Rovelli "kısmi gözlemlenebilirler" fikrini tanıtıyor. Beklenti, fiziksel durumlarda, teorinin bazı değişkenlerinin, diğer değişkenlerin gelişeceği ve dinamikleri ilişkisel bir şekilde tanımlayacağı bir "zaman" rolü oynayacaktır. Bu zorluklarla karşılaşır ve kanonik nicemlemedeki "zaman sorunu"nun bir versiyonudur.

Zaman sorununa önerilen çözümler

Kuantum zaman kavramı ilk olarak kuantum yerçekimi üzerine yapılan erken araştırmalardan, özellikle 1960'larda Bryce DeWitt'in çalışmasından ortaya çıktı :

"Diğer zamanlar, diğer evrenlerin sadece özel durumlarıdır."

Başka bir deyişle, zaman, tüm eşit saat okumalarını (doğru hazırlanmış saatlerin - ya da saat olarak kullanılabilen herhangi bir nesnenin) aynı tarihe yerleştiren bir karışıklık olgusudur. Bu, ilk olarak 1983'te fizikçiler Don Page ve William Wootters tarafından anlaşıldı . Zaman sorununu, genel görelilik gibi, koşullu olasılık yorumu adı verilen sistemlerde ele almak için bir öneride bulundular . Tüm değişkenleri, biri saat olarak kuantum operatörlerine ilerletmek ve diğer değişkenlere göre koşullu olasılık soruları sormaktan oluşur. Kuantum dolanıklık fenomenine dayanan bir çözüme ulaştılar. Page ve Wootters, kuantum dolaşıklığın zamanı ölçmek için nasıl kullanılabileceğini gösterdi .

2013 yılında, İtalya'nın Torino kentindeki Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica'da (INRIM) Ekaterina Moreva, Giorgio Brida, Marco Gramegna, Vittorio Giovannetti, Lorenzo Maccone ve Marco Genovese ile birlikte Page ve Wootters'ın fikirlerinin ilk deneysel testini gerçekleştirdi. Wheeler-DeWitt denkleminin öngördüğü gibi, zamanın içsel gözlemciler için ortaya çıkan bir fenomen olduğunu, ancak evrenin dış gözlemcileri için bulunmadığını doğruladılar .

Jorge Pullin ve Rodolfo Gambini tarafından geliştirilen tutarlı ayrıklaştırma yaklaşımının hiçbir kısıtlaması yoktur. Bunlar kuantum yerçekimi için kafes yaklaşım teknikleridir. Kanonik yaklaşımda, kısıtlamalar ve hareket denklemleri ayrıklaştırılırsa, elde edilen ayrık denklemler tutarsızdır: aynı anda çözülemezler. Bu sorunu ele almak için, teorinin eylemini ayrıklaştırmaya ve ayrık hareket denklemleriyle çalışmaya dayalı bir teknik kullanılır. Bunların tutarlı olması otomatik olarak garanti edilir. Kuantum yerçekimi ile ilgili zor kavramsal soruların çoğu, teorideki kısıtlamaların varlığı ile ilgilidir. Tutarlı ayrık teoriler bu kavramsal problemlerden muaftır ve zaman sorununa bir çözüm sağlayarak doğrudan nicelleştirilebilir. Bundan biraz daha ince. Kısıtlama olmamasına ve "genel evrime" sahip olmasına rağmen, ikincisi yalnızca fiziksel olarak erişilemeyen ayrı bir parametre açısındandır. Çıkış yolu, Page-Wooters yaklaşımına benzer bir şekilde ele alınır. Buradaki fikir, fiziksel değişkenlerden birini saat olarak seçmek ve ilişkisel sorular sormaktır. Saatin aynı zamanda kuantum mekaniği olduğu bu fikirler, aslında kuantum mekaniğinin yeni bir yorumuna yol açtı - kuantum mekaniğinin Montevideo yorumu . Bu yeni yorum , kuantum mekaniğindeki ölçüm sürecinde, saatlerin kuantum mekanik doğası nedeniyle temel sınırlamaları çağırarak, kuantum mekaniğindeki ölçüm sorununa bir çözüm olarak çevresel uyumsuzluğun kullanım sorunlarını çözmektedir . Bu sınırlamalar, saatin sistemin kendisinin serbestlik derecelerinden biri olarak alınması gereken kuantum yerçekimi gibi genel olarak kovaryant teoriler bağlamında çok doğaldır. Ayrıca bu temel uyumsuzluğu kara delik bilgi paradoksunu çözmenin bir yolu olarak ortaya koydular . Belirli durumlarda, teoriyi parametresizleştirmek ve fiziksel bir Hamiltoniyeni tanıtmak için bir madde alanı kullanılır. Bu, bir kısıtlama değil, fiziksel zaman evrimi yaratır.

Azaltılmış faz uzayı niceleme kısıtlamaları önce çözülür, sonra nicelenir. Bu yaklaşım, ilk önce Einstein'ın denklemlerinin genel çözümünü bulmayı gerektirdiği için bir süre imkansız olarak kabul edildi. Bununla birlikte, Dittrich'in yaklaşım şemasında yer alan fikirlerin kullanılmasıyla (Rovelli'nin fikirleri üzerine inşa edilmiştir), en azından prensipte açık bir şekilde uygulamanın bir yolu, azaltılmış bir faz uzayı niceleme uygulanabilir hale getirildi.

Avshalom Elitzur ve Shahar Dolev, Kuantum Yalancısı gibi kuantum mekaniksel deneylerin tutarsız geçmişlerin kanıtını sağladığını ve bu nedenle uzay-zamanın kendisinin tüm geçmişleri etkileyen değişime tabi olabileceğini savunuyorlar. Elitzur ve Dolev ayrıca nesnel bir zaman geçişi ile göreliliğin uzlaştırılabileceğine ve blok evren ve görelilik ile kuantum mekaniği arasındaki çatışma ile ilgili birçok sorunu çözeceğine inanıyorlar.

Lee Smolin tarafından önerilen zaman sorununa bir çözüm , şu andaki iki olayın nedensel olarak birbiriyle ilişkili olabileceği, ancak zamanın blok evren görüşünün aksine, olayların "kalın bir şimdiki" var olmasıdır. tüm zamanlar ebediyen vardır . Marina Cortês ve Lee Smolin, belirli ayrık dinamik sistem sınıflarının, zamanın nesnel bir geçişi ile tutarlı olan zaman asimetrisi ve tersinmezlik gösterdiğini savunuyorlar.

Ölçekle değişmez kuantum yerçekiminde Weyl zamanı

Hareketle Immirzi belirsizlik içinde döngü kuantum yerçekimi ve temel parçacıkların standart modelin yakın konformal dönüşüm, Charles Wang ve arkadaşları zaman problemi altta yatan ilişkili olabileceğini öne sürmüşlerdir ölçek değişmezliği yerçekimi-madde sistemlerinin. Temel bağlantıların hiyerarşi sorununu çözmek için ölçek değişmezliği de önerilmiştir. Küresel bir sürekli simetri olarak, ölçek değişmezliği, Noether teoremine göre ters bir Weyl akımı üretir . Ölçekle değişmeyen kozmolojik modellerde, bu Weyl akımı doğal olarak harmonik bir zamana yol açar. Döngü kuantum yerçekimi bağlamında, Charles Wang ve diğerleri, ölçek değişmezliğinin nicelenmiş bir zamanın varlığına yol açabileceğini öne sürüyorlar.

Termal zaman hipotezi

Ana maddeler: Termal zaman hipotezi ve termodinamik

Genel olarak kovaryant teoriler, her şeyin geliştiğine ilişkin olarak seçkin bir fiziksel zaman kavramına sahip değildir. Ancak, teorinin tam formülasyonu ve yorumlanması için gerekli değildir. Dinamik yasalar, tahminler yapmak için yeterli olan korelasyonlarla belirlenir. Ama o zaman, bilindik zaman kavramının, zamansız yapıdan eninde sonunda nasıl içinde yaşadığımız makroskopik dünyanın ve bilinçli deneyimimizin böylesine önemli bir bileşeni haline geldiğini açıklayan bir mekanizmaya ihtiyaç vardır.

Termal zaman hipotez tarafından bu soruna olası bir çözüm olarak ortaya konulmuştur Carlo Rovelli ve Alain Connes klasik ve kuantum teorisi, hem. Fiziksel zaman akışının teorinin apriori olarak verilen temel bir özelliği olmadığını, termodinamik kökenin makroskopik bir özelliği olduğunu varsayar.

Referanslar

daha fazla okuma