Popolnoma natančne ure se izkažejo za nemogoče | 2020

Vsebina:

Anonim

Idealna ura je le priročna fikcija, kot so pokazali teoretiki z Univerze v Varšavi (UW) in Univerze v Nottinghamu (ZN). V študiji, objavljeni v reviji Klasična in kvantna gravitacija dokazujejo, da je v sistemih, ki se gibljejo z ogromnimi pospeški, gradnja ure, ki bi natančno merila čas, nemogoča iz osnovnih razlogov.

»V obeh teorijah relativnosti, posebni in splošni, se tiho domneva, da je vedno mogoče zgraditi idealno uro - tisto, ki bo natančno izmerila čas, ki je potekel v sistemu, ne glede na to, ali je sistem v mirovanju, ki se giblje v Izkazalo se je, da ko govorimo o resnično hitrih pospeških, tega postulata preprosto ne moremo uporabiti, «pravi dr. Andrzej Dragan s Fakultete za fiziko Univerze v Varšavi.

Najenostavnejše ure so nestabilni osnovni delci, na primer muoni (delci s podobnimi lastnostmi kot elektroni, vendar 200-krat večji). Običajno se muoni razpadajo v elektron, muonski neutrino in elektronski antineutrino. Z merjenjem časov upadanja in povprečenjem rezultatov, ko se muoni počasi premikajo, in tistih, ki se gibljejo pri skoraj hitrosti svetlobe, lahko opazimo znano upočasnitev časa: hitreje se premikajo muoni, manj je verjetno, da bo eksperimentator vidim jih razpadajoče. Hitrost zato vpliva na opazovani čas ure.

Kaj pa pospešek? Eksperimenti so bili izvedeni v CERN-u v poznih sedemdesetih letih, merjenje časa razpadanja mionov, ki so krožili s krožnimi gibanji, celo več kot milijarde milijarde pospeška Zemljine gravitacije (10 ^ 18 g). Ugotovljeno je bilo, da takšno pospeševanje nima vpliva na čas razpadanja.

Poljsko-britanska skupina teoretikov z univerz v Varšavi in ​​Nottinghamu pa je proučevala opis nestabilnih delcev, ki se gibljejo v pospešenem gibanju v ravni črti. Ključna točka za njihovo analizo se je izkazala za zanimiv učinek, ki ga je leta 1976 napovedal kanadski fizik William Unruh.

»V nasprotju z intuicijo koncept delca ni povsem neodvisen od opazovalca. Vsi poznamo Dopplerjev učinek, ki povzroči, da se foton, ki ga oddaja gibajoči se vir, pojavi modrijo do opazovalca, proti kateremu se približuje vir Učinek Unruh je nekoliko podoben, razen da so rezultati bolj spektakularni: v nekem prostoru prostora opazovalec, ki ne pospešuje, vidi kvantni poljski vakuum, medtem ko pospeševalni opazovalec vidi veliko delcev, pojasnjuje dr. Dragan.

Enačba, ki opisuje učinek Unruh, pravi, da je število delcev, vidnih znotraj kvantnega polja, odvisno od pospeška, ki ga doživlja opazovalec: večji je pospešek, več jih je. Ti ne-inercialni učinki so lahko posledica gibanja opazovalca, njihov vir pa je lahko tudi gravitacijsko polje. Zanimivo je, da je učinek Unruh zelo podoben slavnemu Hawkingovemu sevanju, ki ga oddajajo črne luknje.

Nestabilni delci, ki so jih fiziki z univerze v Varšavi in ​​Nottinghamu obravnavali kot temeljne ure v svoji analizi, so razpadli zaradi interakcij z drugimi kvantnimi polji. Teorija pravi, da če takšni delci ostanejo v prostoru, ki je napolnjen z vakuumom, se razpade z drugačno hitrostjo kot v bližini številnih drugih delcev, ki delujejo z njim. Torej, če je v sistemu ekstremnega pospeševanja mogoče videti več delcev kot posledica učinka Unruh, se morajo povprečni časi razpadanja delcev, kot so mioni, spremeniti.

"Naši izračuni so pokazali, da morajo biti nad določenimi zelo velikimi pospeški preprosto časovne motnje v razpadu osnovnih delcev. Če pa motnje vplivajo na temeljne ure, kot so mioni, bo tudi druga naprava, zgrajena na načelih kvantne teorije polja, motena. Zato natančno merjenje pravočasnega časa ni več mogoče, to dejstvo ima nadaljnje posledice, ker izguba sposobnosti natančnega merjenja časa pomeni tudi težave z meritvami razdalje, «pojasnjuje dr.

Do sedaj se je domnevalo, da lahko koncepti časa in prostora izgubijo svoje tradicionalne čute le, ko določeni pojavi, ki jih predvidevajo hipotetične teorije kvantne gravitacije, začnejo igrati ključno vlogo. Menijo, da so potrebni pogoji prevladali v bližini Velikega poka.

"V našem prispevku pokažemo, da za težave z meritvami prostora-časa ne nastanejo takšni ekstremni pogoji. Čas, in zato prostor, najverjetneje prenehajo biti natančno merljivi tudi v današnjem vesolju, pod pogojem, da poskusite izvesti meritve v sistemih, ki se gibljejo z velikim pospeškom, «ugotavlja dr. Dragan.

Rezultati fizikov iz Varšave in Nottinghama pomenijo, da bodo ob dovolj visokih pospeških motene operativne zmožnosti katere koli teorije, zgrajene na pojmu časa in s tem tudi prostora. To postavlja zanimiva vprašanja. Če v izjemno pospešenih sistemih ne moremo zgraditi ure, ki bi natančno merila čas, ali je to izključno temeljna napaka v naših merilnih metodah? Ali pa se kaj dogaja neposredno v času? In ali imajo lastnosti, ki jih ni mogoče natančno izmeriti, celo fizični smisel?

Sodobni pospeševalniki lahko pospešijo delce, katerih pospeški so večkrat višji kot v poskusih 70-ih let. Tako lahko danes izvajamo eksperimente, v katerih naj bi bil viden učinek Unruh - in tako bi bilo treba opazovati tudi spremembe v času upadanja delcev, ki jih sproži pospešek. Sklepi poljsko-britanske skupine fizikov o idealnih ure bodo tako kmalu preverjeni.

"Če bodo naše napovedi eksperimentalno potrjene, bo treba številne stvari, povezane z našim razumevanjem prostora-časa, časom in merilnimi metodami, ponovno premisliti iz nič. Lahko bi bilo … zanimivo," zaključuje dr. Dragan nasmeh.