Τι θα γινόταν αν ο χρόνος δεν είναι ένα ενιαίο, ομαλό ποτάμι, αλλά μια κρυφή καταρράκτης από μικροσκοπικά «σταγονίδια»; Συνδυάζοντας την αυστηρή επιστήμη με την εικασία της φαντασίας, το «Ποτάμι του Χρόνου» ακολουθεί τη Δρ. Μάρα Λεντς στο CERN, όπου ένα μυστηριώδες πρόγραμμα που ονομάζεται Chronos μπορεί να αποδείξει ότι κάθε στιγμή στο σύμπαν έρχεται σε αδιαίρετα τικ-τακ.
Το ποτάμι ήταν παγωμένο σαν στερεό — ή έτσι φαινόταν. Κάτω από το γυάλινο περίβλημα του πάγου, το νερό εξακολουθούσε να γλιστράει προς τα εμπρός, κόκκος κόκκος, μόριο μόριο, το καθένα κλέβοντας μια στιγμή από το μέλλον και κρύβοντάς την στο παρελθόν. Δρ. Μάρα Λεντζ στάθηκε στην πεζογέφυρα και άφησε τα γαντοφορεμένα δάχτυλά της να χτυπούν το κιγκλίδωμα, με κάθε χτύπο της καρδιάς της να αντηχεί τικ-τακ που είχε ορκιστεί να κατακτήσειΣτο βάθος, οι σπηλαιώδεις θόλοι του CERN έλαμπαν κάτω από τον χειμωνιάτικο ήλιο σαν γρανάζια ρολογιού σκορπισμένα στο χιόνι. Σήμερα, υποσχέθηκε στον εαυτό της, θα αποφάσιζε αν ο χρόνος ήταν φυλακισμένος ή δεσμοφύλακας, ποτάμι ή ρολόι.
Η Πρόσκληση
Ένα μήνα νωρίτερα, η κλήτευση είχε φτάσει σε έναν κιτρινισμένο φάκελο, με τον γραφικό χαρακτήρα οδυνηρά οικείο σε κάθε φυσικό.
Μάρα, αν θέλεις να δεις πόσο βαθύ κυλάει το ποτάμι του χρόνου —και αν είναι φτιαγμένο από σταγόνες— έλα στη Γενεύη.
Αδύνατον, φυσικά. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν νεκρός σχεδόν έναν αιώνα. Ωστόσο, τα γράμματα που αλληλοεπικαλύπτονταν ήταν αδιαμφισβήτητα, μέχρι και την παιχνιδιάρικη καμπύλη κάτω από το τελευταίο Ε. Μια φάρσα, υπέθεσε, μέχρι που ο φάκελος έδωσε στο CERN μια κάρτα ασφαλείας και ένα σημείωμα μιας πρότασης: «Ρώτα τον Χρόνο.»
Chronos
Ο άντρας που τη συνάντησε στη ρεσεψιόν του CERN δεν έμοιαζε σε τίποτα με μυθικό θεό και τα πάντα με μεταπτυχιακό φοιτητή με ξεπλυμένα τζιν.
«Τηλεφώνησέ με» Νώε», είπε, οδηγώντας την μέσα από έναν λαβύρινθο από ανελκυστήρες που βυθίζονταν κάτω από τη Γη.
"Ο Χρόνος είναι περισσότερο πρόγραμμα παρά άτομο,«», εξήγησε. «Μια σειρά αλγορίθμων που έχουν κατασκευαστεί για να δοκιμάσουν την πιο ριζοσπαστική υπόθεση που έχει τεθεί—ότι η ίδια η εποχή έχει διπλή ταυτότητα."
«Ένα κύμα και ένα σωματίδιο;» ρώτησε η Μάρα, μισοπειράζοντας.
"Ακριβώς.Τα μάτια του Νώε έλαμπαν στο φωσφορίζον ημίφως. «Σαν φως.»
Έφτασαν σε μια πόρτα που έμοιαζε με θησαυροφυλάκιο. Πάνω από το πληκτρολόγιο ήταν χαραγμένη σε ατσάλι μια γραμμή: ΓΙΑ ΟΣΟ ΚΑΙΡΟ ΠΟΥ ΕΙΜΑΣΤΕ ΑΝΘΡΩΠΟΙ, ΥΠΟΚΕΙΜΑΣΤΕ ΣΤΗΝ ΤΥΡΑΝΝΙΑ ΚΑΙ ΤΗ ΧΑΡΗ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ.
Μέσα, ο αέρας βουίζει από ανεμιστήρες ψύξης και καταπνίγει τον ενθουσιασμό. Οθόνες κάλυπταν τους τοίχους, καθεμία από τις οποίες επαναλάμβανε εξισώσεις που η Μάρα γνώριζε τόσο καλά όσο και τον δικό της σφυγμό—οι ομαλές καμπύλες της γενικής σχετικότητας συνυφαμένες με τις οδοντωτές αιχμές της κβαντομηχανικής.
Η Δυαδικότητα
«Για έναν αιώνα», συνέχισε ο Νώε, «γνωρίζαμε ότι αν παρατηρήσετε την τροχιά ενός ηλεκτρονίου, αυτό συμπεριφέρεται σαν σημειακό σωματίδιοΑν αντίθετα παρακολουθήσετε την εξάπλωσή του, γίνεται ένα κύμα. Δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου. Το ερώτημά μας είναι αν ο χρόνος παίζει το ίδιο κόλπο."
"Κι αν ο χρόνος ρέει σε αδιαίρετες σταγόνες;» μουρμούρισε.
"Χρόνους,«Προσέθεσε ο Νώε. Κάθε ένα άλμα 10⁻⁴³ δευτερόλεπτα-ο Κρότωνας Πλανκ. "
Εμφάνιση
- Στην κλίμακα Planck, ο χρόνος δεν ρέει· κάνει άλματα.
- Συγκεντρώνοντας τρισεκατομμύρια από αυτά τα άλματα, αναδύεται ένα αδιάλειπτο ρεύμα — ακριβώς όπως η επιφάνεια μιας λίμνης φαίνεται λεία παρόλο που κάθε μόριο τρέμει.
- Το βέλος του χρόνου εμφανίζεται μόνο όταν αρκετοί χρονόνες κάνουν κλικ ταυτόχρονα.
Όταν η κόπωση θόλωσε την όρασή της, η Μάρα φαντάστηκε ότι μπορούσε να τους ακούσει: αμέτρητα μικροσκοπικά γρανάζια που ωθούν την πραγματικότητα προς τα εμπρός—κλικ… κλικ… κλικ…
Το ρήγμα
Αλλά η δυαδικότητα, όσο κομψή κι αν ήταν, παρέμενε σαν ένα ανεξιχνίαστο έγκλημα ενάντια σε όλα όσα είχε κληροδοτήσει ο Αϊνστάιν. Η σχετικότητα απαιτούσε έναν συνεχή χωροχρόνο· η κβαντομηχανική επέμενε στη διακριτικότητα. Ο Χρόνος υποσχέθηκε μια γέφυρα αλλά δεν έδωσε καμία απόδειξη.
"Εργαλεία,«Ο Νώε γρύλισε, τρίβοντας τα κατακόκκινα μάτια του. Χρειαζόμαστε όργανα αρκετά λεπτά ώστε να γλιστρούν ανάμεσα σε δύο τσιμπούρια, για να παρατηρούμε την ίδια τη σταγόνα.»
«Ή», αντέτεινε η Μάρα, «θα βρούμε στοιχεία στον μακροσκοπικό κόσμο—μοτίβα που μόνο ο κβαντισμένος χρόνος θα μπορούσε να αφήσει πίσω του."
Το φάντασμα του Αϊνστάιν
Εκείνο το βράδυ, η Μάρα άνοιξε ξανά τον μυστηριώδη φάκελο. Ένα ημιδιαφανές φύλλο που είχε χάσει πριν ξεπρόβαλε, φέρνοντας την οικεία γραφή του Αϊνστάιν:
"Η απάντηση δεν βρίσκεται στο ποτάμι ή στο ρολόι, αλλά στην πίστη ότι είναι ένα· Παρατήρησε το σωματίδιο, δες το κύμα— Μετά κοίτα αλλού και έχουν εξαφανιστεί."
Το Ποτάμι και το Ρολόι
Πίσω στο θησαυροφυλάκιο την αυγή, η Μάρα φόρτωσε ηχώ βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση μαύρες τρύπεςΠαραδοσιακές αναλύσεις που υποτίθενται συνεχόμενος χρόνοςΕπαναδειγματολήπτησε τα δεδομένα σε διαστήματα χρονονίων.
Ένα μοτίβο προέκυψε: μικρο-στακάτο παύσεις στα κύματα, σαν κρυμμένα κόμματα σε μια κοσμική πρόταση. Επανέλαβαν κάθε 10⁻⁴³ δευτ..
Ο Νώε μπήκε μέσα με δύο καφέδες. Ο ένας έπεσε στο πάτωμα καθώς είδε την βιτρίνα.Σταγονίδια,«ψιθύρισε».Ένα ποτάμι από σταγόνες."
Σύγκλιση
Η είδηση διαδόθηκε γρήγορα στο CERN, στο Caltech, στο Τόκιο, στο Κέιπ Τάουν. Τα αστεροσκοπεία επαναρύθμισαν τους αλγόριθμούς τους στον ρυθμό των χρονονίων. Μέσα σε λίγες εβδομάδες, επιβεβαιωτικά σήματα ξεχύθηκαν. Παντού οι φυσικοί κοίταζαν, το σύμπαν χτυπούσε σαν ένα άψογο ρολόι κρυμμένο μέσα σε ένα ορμητικό ποτάμι.
Επίλογος
Η Μάρα επέστρεψε στην παγωμένη πεζογέφυρα. Κάτω από τις μπότες της, το ποτάμι φαινόταν ακόμα ακίνητο, μια τεράστια ασημένια κορδέλα. Κι όμως, το ήξερε για αυτό που ήταν: τρισεκατομμύρια επί τρισεκατομμυρίων λαμπερών χαντρών — καθεμία ένας αδιαίρετος χτύπος της καρδιάς της ύπαρξης.
Η τυραννία του χρόνου παρέμενε—αλλά η χάρη της είχε πολλαπλασιαστεί. Κάθε στιγμή ήταν ένα κόσμημα, τέλειο και ολοκληρωμένο, και το μέλλον δεν ήταν τίποτα περισσότερο από μια ανεξερεύνητη ακολουθία λαμπρών τικ-τακ.
Και κάπου, ίσως στη σιωπή ανάμεσα σε αυτές τις σταγόνες, Φαντάστηκε ότι άκουσε τον Αϊνστάιν να γελάει — απαλό σαν χιόνι που έπεφτε στο ποτάμι που ήταν επίσης ένα ρολόι.
Ιστορικό: Είναι ο Χρόνος Ποτάμι και Ρολόι;
Μια διπλή ταυτότητα για τον χρόνο;
Τι θα γινόταν αν ο χρόνος συμπεριφερόταν ακριβώς όπως ένα σωματίδιο φωτός; Αυτή η ριζοσπαστική νέα ιδέα από τα όρια της φυσικής υποδηλώνει ότι το πιο Η θεμελιώδης πραγματικότητα έχει διπλή ταυτότητα.
Η Γέννηση του Βέλους του Χρόνου
Η δυναμική μιας συλλογής σωματιδίων αποκτά μια κατεύθυνση στο χρόνο, που ονομάζεται βέλος του χρόνου, όταν υπάρχουν πολλά σωματίδια. Και αυτό το βέλος του χρόνου απουσιάζει για ένα μόνο σωματίδιο.
Τυραννία και Χάρη: Τα Δύο Πρόσωπα του Χρόνου
Από τότε που υπάρχουμε άνθρωποι, έχουμε υποταχθεί στην τυραννία και τη χάρη του χρόνου. Είναι το σταθερό, ρέον ποτάμι της ζωής μας, όπως το φανταζόταν ο Αϊνστάιν - μια διάσταση που μπορεί να λυγίσει και να τεντωθεί από τη βαρύτητα. Είναι επίσης το αδιάκοπο τικ-τακ του ρολογιού, που προχωρά ένα δευτερόλεπτο μπροστά. Τι γίνεται όμως αν και τα δύο ισχύουν; Τι γίνεται αν ο ίδιος ο χρόνος ζει μια διπλή ζωή;
Ένα κβαντικό στοιχείο για το παζλ
Στην αιχμή της θεωρητικής φυσικής, μια συναρπαστική πρόταση διαμορφώνεται. Υποδηλώνει ότι ο χρόνος μπορεί να μην είναι το ένα ή το άλλο πράγμα, αλλά θα μπορούσε να έχει μια διττή φύση, μια ιδέα δανεισμένη απευθείας από τους παράξενους και αποδεδειγμένους κανόνες του κβαντικού κόσμου. Ενώ παραμένει εικασία, αποτελεί ένα ισχυρό πρίσμα μέσω του οποίου οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν τα μεγαλύτερα αναπάντητα ερωτήματα στο σύμπαν.
Το μάθημα της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου
Η ιδέα βασίζεται σε μια αναλογία με ένα από τα πιο διάσημα παράδοξα της επιστήμης: τη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου. Ένας αιώνας πειραμάτων έχει δείξει ότι μια οντότητα όπως ένα ηλεκτρόνιο ή ένα φωτόνιο αρνείται να κατηγοριοποιηθεί. Αν σχεδιάσετε ένα πείραμα για να παρακολουθείτε την πορεία του, συμπεριφέρεται σαν ένα διακριτό, ακριβές σωματίδιο. Αλλά αν το σχεδιάσετε για να παρατηρείτε τη ροή του, συμπεριφέρεται σαν ένα συνεχές, απλωμένο κύμα. Η φύση που αποκαλύπτει εξαρτάται εξ ολοκλήρου από τη φύση της μέτρησης.
Η εφαρμογή της ίδιας αρχής στον χρόνο προσφέρει έναν εκπληκτικά κομψό τρόπο για την επίλυση μιας βαθιάς σύγκρουσης στη φυσική. Αυτό θα σήμαινε ότι η ταυτότητα του χρόνου εξαρτάται επίσης από τα συμφραζόμενα.
Ομαλός Ποταμός της Σχετικότητας
Στην ανθρώπινη κλίμακα —τον κόσμο των μήλων που πέφτουν και των πλανητών σε τροχιά γύρω από αυτόν, όπως περιγράφεται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν— ο χρόνος συμπεριφέρεται σαν ένα συνεχές κύμα. Είναι το ομαλό, ρέον ποτάμι που όλοι βιώνουμε, μια διάσταση που παραμορφώνεται και κάμπτεται για να δημιουργήσει τη δύναμη που ονομάζουμε βαρύτητα.
Μεγέθυνση στην κλίμακα Planck
Αλλά αν μπορούσαμε να κάνουμε ζουμ προς τα κάτω στην απίστευτα μικρή κλίμακα Planck, ένα κλάσμα του δευτερολέπτου τόσο μικροσκοπικό που γράφεται με 43 μηδενικά μετά την υποδιαστολή, ίσως να βλέπαμε την άλλη ταυτότητα του χρόνου. Εδώ, θα συμπεριφερόταν σαν σωματίδιο. Σε αυτή την άποψη, ο χρόνος δεν θα ρέει αλλά θα «κυλά» προς τα εμπρός σε αδιαίρετα, κβαντισμένα άλματα. Αυτά τα υποθετικά σταγονίδια χρόνου, που μερικές φορές ονομάζονται «χρονόνια», θα ήταν ο θεμελιώδης μηχανισμός του σύμπαντος.
Αναδυόμενη Ώρα: Ποταμός από Σταγόνες
Δεν πρόκειται απλώς για ένα φιλοσοφικό παιχνίδι. Η ιδέα ευθυγραμμίζεται με μια κορυφαία θεωρία γνωστή ως Αναδυόμενος Χρόνος, μέρος της μεγάλης αναζήτησης να ενωθεί η σχετικότητα του Αϊνστάιν με την κβαντομηχανική. Αυτό το πλαίσιο υποδηλώνει ότι ο ομαλός ποταμός του χρόνου που αντιλαμβανόμαστε δεν είναι καθόλου θεμελιώδης. Αντίθετα, *αναδύεται* από τη συλλογική συμπεριφορά αμέτρητων διακριτών, σωματιδιακών τικ σε κβαντικό επίπεδο - όπως ακριβώς η ομαλή, υγρή επιφάνεια μιας λίμνης αναδύεται από τις χαοτικές αλληλεπιδράσεις τρισεκατομμυρίων μεμονωμένων μορίων H₂O.
Μία Πραγματικότητα, Δύο Φαινόμενες
Από αυτή την οπτική γωνία, δεν υπάρχει κανένα παράδοξο. Η «σωματιδιακή» φύση του χρόνου είναι η αληθινή, θεμελιώδης ταυτότητά του, ενώ η «κυματική» φύση είναι αυτό που αντιλαμβανόμαστε σε μακροσκοπική κλίμακα. Είναι μια πραγματικότητα που απλώς εμφανίζεται διαφορετικά ανάλογα με το αν κοιτάτε το μεμονωμένο pixel ή ολόκληρη την οθόνη.
Ένας Οδικός Χάρτης για μια Θεωρία των Πάντων
Δεν έχουμε ακόμη τα εργαλεία για να διερευνήσουμε την πραγματικότητα σε τόσο απειροελάχιστη κλίμακα για να την αποδείξουμε με τον έναν ή τον άλλον τρόπο. Αλλά η πρόταση προσφέρει μια δελεαστική πορεία προς τα εμπρός. Τολμώντας να αμφισβητήσουν την ίδια την ουσία της εμπειρίας μας, οι επιστήμονες μπορεί να βρίσκονται στα πρόθυρα της επίλυσης του απόλυτου παζλ: τη δημιουργία μιας ενιαίας, ενοποιημένης θεωρίας των πάντων. Η απάντηση μπορεί να κρυβόταν σε κοινή θέα εξαρχής - όχι στο ποτάμι ή στο ρολόι, αλλά στην βαθιά πιθανότητα ότι είναι ένα και το αυτό.
αναφορές:
Amelino-Camelia, G. (2013). Κβαντο-Χωροχρονική Φαινομενολογία. Living Reviews in Relativity, 16(1), 5.
https://doi.org/10.12942/lrr-2013-5
Caldirola, P. (1980). Το χρονόνιο στην κβαντομηχανική και οι σχέσεις αβεβαιότητας. Lettere al Nuovo Cimento, 27(8), 225-228.
https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=3791673
Feynman, RP, & Hibbs, AR (2010). Κβαντομηχανική και Ολοκληρώματα Διαδρομής. Εκδόσεις Dover.
https://archive.org/details/quantum-mechanics-and-path-integrals-feynman-hibbs-styer
Huggett, N., & Wüthrich, C. (Επιμ.). (2013). Η Ανάδυση του Χωροχρόνου στην Κβαντική Βαρύτητα.
Isham, CJ (1993). Κανονική κβαντική βαρύτητα και το πρόβλημα του χρόνου. Στο LA Ibort & MA Rodríguez (Επιμ.), Ολοκληρώσιμα Συστήματα, Κβαντικές Ομάδες και Θεωρίες Κβαντικού Πεδίου (σελ. 157-287). Springer.
https://doi.org/10.1007/978-94-011-1980-1_6
Lebowitz, JL (1993). Η εντροπία του Boltzmann και το βέλος του χρόνου. Physics Today, 46(9), 32-38.
https://doi.org/10.1063/1.881363
Zeh, HD (2007). Η Φυσική Βάση της Κατεύθυνσης του Χρόνου (5η έκδ.). Springer.
https://www.researchgate.net/publication/258275169_The_Physical_Basis_of_the_Direction_of_Time