Co fizycy rozumieją przez czas?

Zaczniemy od łatwego pytania co fizycy rozumieją przez czas .

Zwróć uwagę, że to łatwepomieszać pojęcia czasu i upływu czasu .Kiedy niefizycy mówią o czasie, zwykle mają na myśli upływ czasu, czyli fakt, że w ludzkim doświadczeniu czas płynie nieubłaganie naprzód (z prędkością jednej sekundy na sekundę).Dojdziemy do tego, ale na razie zignorujemy pytanie, dlaczego czas płynie i po prostu zajmiemy się tym, co oznacza czas dla fizyka.

Jeśli chcesz zlokalizować jakąś pozycję w przestrzeni, jedną z metod jestdo ustawienia niektórych osi, np $ x $ , $ y $ i $ z $ span>, a następnie możesz jednoznacznie zidentyfikować dowolny punkt w przestrzeni za pomocą jego współrzędnych $ (x, y, z) $ .

Aby odróżnić zdarzenia zachodzące w tym samym punkcie przestrzeni, ale o różnych porach, musimy określić kiedy wydarzenie miało miejsce, a także gdzie się wydarzyło, więc dodajemy współrzędna czasowa $ t $ . Zdarzenia można następnie jednoznacznie zlokalizować za pomocą ich współrzędnych czasoprzestrzeni $ (t, x, y, z) $ . Dla fizyka czas jest tylko współrzędną używaną do określenia wydarzeń w czasoprzestrzeni. Na powyższym rysunku 1 mamy oś $ x $ rozciągającą się od $ - \ infty $ do $ \ infty $ , oś $ y $ rozciągająca się od $ - \ infty $ do $ \ infty $ i oś $ z $ rozciągająca się od $ - \ infty $ do $ \ infty $ . Do tego fizyk dodaje oś $ t $ rozciągającą się od $ - \ infty $ do $ \ infty $ , a tym właśnie jest czas - tylko współrzędna.

Jednak codzienne doświadczenie mówi nam, że czas jest wyjątkowy - z pewnością różni się od przestrzeni - więc co uzasadnia zdaniem fizyka, że ​​czas jest tylko współrzędną? Aby to zrozumieć, zacznij od czasu w codziennym świecie opisanym przez mechanikę Newtona.

Załóżmy, że ustawię układ współrzędnych ze sobą na początku, $ x $ na wschód, $ y $ na północ i $ z $ prosto w górę. Na razie będę używać zegarka na rękę. I przypuśćmy, że robisz to samo, ale powiedzmy, że jesteś w innym kraju niż ja. Nasze dwa zestawy współrzędnych nie będą pasować, ponieważ nasze osie wschodnia, północna i górna wskazują różne kierunki.

Albo przypuśćmy, że poruszasz się względem mnie. Nawet ignorując krzywiznę powierzchni Ziemi, nasze współrzędne nie będą pasować, ponieważ Twoje miejsce pochodzenia nieustannie przesuwa się względem mojego - to, co wydaje mi się nieruchome, porusza się w Twoich współrzędnych i odwrotnie .

Zatem współrzędne przestrzenne są zależne od obserwatora. Jednak czas jest absolutny. Zakładając, że oboje używamy Greenwich Mean Tim e (lub innego podobnego standardu), zawsze będziemy zgadzać się co do czasu, bez względu na to, gdzie jesteśmy na Ziemi lub jak się poruszamy względem siebie. Z tego powodu w mechanice Newtona czas jest szczególny, dlatego warto rozpatrywać go oddzielnie od przestrzeni.

Jednak od 1905 roku wiemy, że aby właściwie opisać otaczający nas świat, musimy używać szczególnej teorii względności i w teorii względności czas nie jest taki sam dla wszystkich obserwatorów. Wróćmy na chwilę do zwykłej mechaniki Newtona i załóżmy, że poruszasz się względem mnie wzdłuż osi $ x $ z pewną prędkością $ v $ . Jeśli narysujemy mój czas $ t $ i umieścimy osie $ x $ i twoją $ t '$ i $ x' $ osie, które wyglądałyby następująco:

Nasze dwie osie czasu wskazują ten sam kierunek, więc oboje zgadzamy się, co to znaczy zdefiniować oś czasu. Ale teraz załóżmy, że poruszasz się z relatywistyczną prędkością $ v $ i rysujesz ten sam diagram.

Kiedy uwzględniamy szczególną teorię względności, nasze osie nie wskazują już tego samego kierunku. Jeśli narysuję oś czasu prosto w górę, to względem mnie oś czasu zostanie obrócona o kąt $ \ theta $ określony przez:

$$ \ tan (\ theta) = \ frac {v} {c} $$

Twój kierunek czasu jest więc mieszaniną moich kierunków i przestrzeni . Zobaczysz dokładnie to samo - jeśli narysujesz oś czasu prosto do góry, zobaczysz moją oś czasu obróconą o $ - \ theta $ . W efekcie mamy różne definicje czasu i właśnie dlatego w teorii względności mamy do czynienia z dylatacją czasu.

Chodzi o to, że w teorii względności czas nie jest jednoznacznie zdefiniowany. Kiedy rozważymy współrzędne używane przez różnych obserwatorów, okazuje się, że czas i przestrzeń są ze sobą mieszane. Czas nie jest już różny od przestrzeni i dlatego fizycy traktują go tylko jako jedną z czterech współrzędnych, które razem tworzą czterowymiarową czasoprzestrzeń.

Jak płynie czas?

Poprzedni Rozdział wyjaśniał, co fizycy rozumieją przez czas, ale nie wspomniał o upływającym czasie. Dzieje się tak, ponieważ w teorii względności czas nie płynie - a dokładniej upływ czasu nie istnieje jako pojęcie.

To zajmie trochę wyjaśnień, więc pozwól mi spróbuj na prostym przykładzie. Przypuśćmy, że rzucę ci piłkę, a ty ją złapiesz. Codzienne doświadczenie mówi nam, że czas płynie naprzód, a kiedy to robi, piłka podnosi się z mojej ręki, a następnie spada na Twoją dłoń. Jeśli wykreślimy wysokość kuli, $ h $ , w funkcji czasu, $ t $ , Otrzymam coś takiego:

W fizyce Newtona ma to ładną prostą interpretację: czas płynie do przodu, a wysokość jest funkcją czasu . Wysokość możemy zapisać jako $ h (t) $ . Ale teraz pozwólcie mi narysować inny wykres. Sporządzę wykres wysokości kuli, $ h $ , w odniesieniu do odległości, $ d $ , piłka porusza się poziomo, przesuwając się ode mnie do ciebie:

Wygląda to strasznie jak na poprzednim wykresie i rzeczywiście mogę zapisać wysokość kuli jako funkcję przebytej odległości w poziomie, $ h (d) $ . Ale nie powiedzielibyśmy, że odległość $ d $ płynie do przodu, a wysokość zmienia się wraz z nią, ponieważ czas różni się od odległości. Te dwa wykresy to po prostu różne widoki czterowymiarowego wykresu pokazującego trajektorię kuli w czasoprzestrzeni (narysuję tylko trzy wymiary, ponieważ nie mogę wykonać wykresów 4D):

W poprzedniej sekcji dołożyłem pewnych starań, aby wyjaśnić, że czas jest tylko współrzędną, podobnie jak współrzędne przestrzenne, więc ten wykres nie pokaż, że czas płynie dalej niż odległość lub wysokość. Trajektoria piłki jest po prostu linią w 4D.

W teorii względności nazywamy wykresy, takie jak powyższe linie świata , gdzie linia świata jest po prostu zbiorem wszystkich punktów czasoprzestrzeni $ (t, x, y, z) $ , który zajmuje piłka podczas jej trajektorii. Ta linia świata jest stałym obiektem w czterowymiarowej czasoprzestrzeni - nie zmienia się w czasie. Wszystko, co się zmienia, to pozycja piłki na linii świata. Dlatego mówimy, że czas nie płynie. Czas to tylko jeden z czterech wymiarów, którymi zajmuje się linia świata.

W rzeczywistości każda właściwość fizyczna, ciśnienie gazu, siła pola grawitacyjnego lub cokolwiek innego można zapisać jako funkcję w czterech wymiarach czasoprzestrzeni, $ F (t, x, y, z) $ . Zapisany w ten sposób obiekt geometryczny $ F $ istnieje w całej przestrzeni i przez cały czas - nie jest czymś, co ewoluuje w czasie bardziej niż czymś, co ewoluuje w przestrzeni. W zasadzie moglibyśmy mieć jakąś funkcję, która reprezentuje cały wszechświat, $ \ mathcal {F} (t, x, y, z) $ , i to będzie istniało dla wszystkich wartości $ t $ , $ x $ , $ y $ i $ z $ . Ta idea (lub szereg podobnych pomysłów) jest nazywana wszechświatem blokowym - idea, że ​​cały wszechświat istnieje jednocześnie, a czas nie płynie.

W tym momencie ja Powinienem zauważyć, że wielu fizyków, i przypuszczam, że zdecydowana większość nie-fizyków, powiedziałoby, że to tylko matematyczna mądrość i nonsensem jest mówić, że czas nie płynie. Nie zamierzam komentować, z wyjątkiem stwierdzenia, że ​​to ładnie prowadzi nas do ostatniego z naszych pytań.

Dlaczego jest strzałka czasu?

Jednak matematycznie przekonujący ideą wszechświata blokowego może być, faktem jest, że nasze codzienne doświadczenie podpowiada nam, że:

1. czas płynie

2. płynie w jednym kierunku - do przodu, a nigdy do tyłu

Jak więc pogodzić to z ideą wszechświata blokowego? Wielu fizyków poświęciło temu wiele uwagi i istnieje wiele różnych poglądów. Jest jednak pewien konsensus, że jest to związane z entropią. Rzeczywiście, jest to zawarte w drugiej zasadzie termodynamiki, która z grubsza stwierdza, że ​​dla każdego izolowanego układu entropia tylko rośnie.

Rozważmy jakiś mechanizm. Nie będziemy się martwić, co to dokładnie jest, na przykład może to być coś mechanicznego, międzygwiazdowy obłok gazu lub ludzki mózg. Kiedy mówimy o upływającym czasie, mamy na myśli, że stan maszyny zmienia się w określonym kierunku, np. zegar tyka do przodu, a druga zasada termodynamiki mówi nam, że zmienia się w kierunku rosnącej entropii.

Zakładając, że ludzki mózg jest tylko mechanizmem, zmienia się w kierunku rosnącej entropii, tak jak każdy inny mechanizm. Ale jeśli świadomość jest wynikiem zmiany mózgu, to wynika z tego, że każda świadoma istota będzie obserwować mechanizmy zmieniające się w kierunku rosnącej entropii. To nie tyle prawo fizyczne, ile korelacja. Ponieważ nasze mózgi zmieniają się w tym samym kierunku (rosnącej entropii) jak wszystko inne, to oznacza, że ​​z konieczności będą obserwować, jak wszystko zmienia się w tym samym kierunku. Nazywamy ten kierunek wydłużaniem czasu.

Gdybym pozwolił sobie na osobistą opinię, powiedziałbym, że to wszystko wydaje się trochę banalne - zbyt piękne, aby mogło być prawdziwe - i wydaje się podejrzanie prostym wyjaśnieniem coś tak skomplikowanego jak wszechświat. Jednak nie mam lepszej sugestii. Rzeczywiście, nie sądzę, aby ktokolwiek miał lepszą sugestię, a przynajmniej nie na tyle lepszą, aby przekonać dużą część społeczności fizyków.

Czym jest czas?

Jak powiedział Einstein, czas jest tym, co mierzą zegary . A jeśli spojrzysz na to, co faktycznie robi zegar, jeśli otworzysz zegar i przyjrzysz się zimnym naukowym dowodom empirycznym, zobaczysz obracające się koła zębate lub oscylujący kryształ. Zobaczysz, że zegar ma jakiś regularny cykliczny ruch wraz z czymś w rodzaju kół zębatych lub urządzenia zliczającego i daje pewien rodzaj zbiorczego wyświetlania tego, co nazywamy „czasem”. Jednak wszystko, co się faktycznie wydarzyło, to to, że trybiki itp. poruszyły się , a duża ręka poruszyła się wraz z małą ręką. Kiedy to docenisz, szczególna teoria względności zostanie uproszczona, szczególnie gdy pomyślisz o falowej naturze materii. Maksymalną szybkością ruchu jest prędkość światła, więc makroskopowy ruch w przestrzeni z konieczności powoduje zmniejszenie szybkości ruchu lokalnego. Zobacz proste wnioskowanie o dylatacji czasu w Wikipedii.

Czy to płynie?

Nie, nie ma. Woda płynie. Możesz zobaczyć, jak płynie. Ale kiedy próbujesz zobaczyć, jak płynie czas , jedyne co widzisz to obracające się tryby lub drgający kryształ. Pojęcie, że czas płynie , to tylko figura retoryczna, abstrakcja. Porusza się światło, poruszają się planety, porusza się krew, poruszają się sygnały elektrochemiczne, poruszają się trybiki. Wszystko się porusza i możesz zobaczyć ten ruch. Ale nie widać upływającego czasu. Ponieważ tak nie jest. Zegar to nie jakiś kosmiczny gazomierz, który mierzy upływ czasu. Otwórz gazomierz, a zobaczysz, że przepływa przez niego gaz. Otwórz zegar, a nie znajdziesz czasu, który przez niego przepływa.

a jeśli tak, to co określa jego kierunek?

Nie ma kierunku czasu. To też jest abstrakcja. Czy możesz wskazać w tym kierunku? Nie. Czy możesz iść w tym kierunku czasu? Nie. Ponieważ czas jest tylko kumulatywną miarą ruchu, nie możesz przejść przez jakąś miarę ruchu i nie ma kierunku, który możesz obrać.

Co fizycy rozumieją przez czas?

Większość fizyków ma na myśli to samo, co wszyscy.Ale niektórzy powiedzą ci, że to współrzędna, która jest inną abstrakcyjną rzeczą, a nie czymś związanym z ruchem lub zmianą.

W porządku, ja też spróbuję:

• Co fizycy rozumieją przez czas? Zacznę od cytatu Hermanna Weyla:

Świat po prostu jest , to się nie zdarza . Tylko dzięki spojrzeniu mojej świadomości, pełzającej wzdłuż linii życia mojego ciała, część tego świata ożywa jako ulotny obraz w przestrzeni, który nieustannie zmienia się w czasie.

Kiedy pisze „Świat po prostu jest ”, najwyraźniej nie używa, jest w sensie „istnienia w czasie”. Czas (tak jak to ma miejsce w cytacie) powstaje za pośrednictwem naszej świadomości (która dzieli świat na przeszłość i przyszłość, ale które w rzeczywistości „są” po prostu tam), która „czołga się” wzdłuż linii życia naszego ciała. Analogią byłyby organy beczkowe wraz z przerywaną rolką nut. Jesteśmy organami beczkowatymi (świadomością) i poruszamy się wzdłuż rolki (świat, który po prostu jest), tworząc w ten sposób muzykę, która jest już obecna w całości na rolce. Tak też pomyślał Einstein:

Dla nas, przekonanych fizyków, rozróżnienie między przeszłością, teraźniejszością i przyszłością nie ma innego znaczenia niż iluzja, choć jest ona wytrwała.

Myślę, że w ten sposób większość fizyków myśli o czasie (o powstaniu, poprzez naszą świadomość ruchu świata, który po prostu jest; przeszłość, teraźniejszość i przyszłość współistnieją). Ale na pewno są tacy (lub wielu, których nie badałem), którzy uważają, że czas istnieje obiektywnie.

Ponieważ z tego samego powodu możemy powiedzieć, że to świat ciągle się zmienia, a nie a priori „po prostu jest”. Nasza świadomość postrzega ten nieustannie zmieniający się świat jako świat, w którym jest czas. Albo, przez analogię do organów beczkowych, nie poruszamy się po muzyce, ale muzyka rozwija się przed nami (bez całej muzyki).

Czas byłby wtedy tworzony przez stale zmieniające się konfiguracje wszystkich cząstek elementarnych. Myślę, że można powiedzieć, że czas jest wówczas zjawiskiem wyłaniającym się ze zbiorowego zachowania się prawdziwie elementarnych cząstek, dla którego czas nie istnieje. Jak może istnieć czas dla prawdziwie elementarnej cząstki, skoro zawsze pozostaje taki sam? Innymi słowy, jak może się starzeć? Starzenie się, dobry przykład czasu, wyłania się ze zbiorowego zachowania cząstek elementarnych.

• Jak płynie czas? Nie mogę na to odpowiedzieć, ponieważ czas nie może nie płynąć. Tak myślę, jak myśli większość fizyków. Ruchome cząstki elementarne, z których wyłania się czas, oczywiście mogą płynąć. Przez przestrzeń, w której czas tworzy absolutną czasoprzestrzeń. Subiektywnie można postrzegać czas jako „płynący” bardzo wolno (kiedy ma się zły czas) lub bardzo szybko („czas leciał bardzo szybko, kiedy się całowaliśmy”), ale to kwestia słów. Albo spójrz na sytuację, kiedy śnisz: zegar obok twojego łóżka mówi, że minęło pięć minut, ale we śnie wydawało się, że minęło znacznie więcej czasu. W przypadku zwierząt postrzeganie czasu również może być bardzo różne. Ale poza tym. Tak więc odpowiedź na twoje pytanie brzmi: czas nie może płynąć w zwykłym sensie. Co oznacza, że ​​nie ma też kierunku.

• Dlaczego jest tam strzałka czasu? Po pierwsze, chciałbym podkreślić, że strzałka czasu nie oznacza, że ​​czas ma kierunek. Strzałka nie wskazuje punktu w przestrzeni. Strzałka nie wskazuje ani przeszłości, ani przyszłości, ponieważ czas oczywiście nie ma żadnego kierunku w czasie. Strzałka czasu oznacza po prostu, że przeszłość różni się od przyszłości, a strzałka jest dobrą analogią do rozwiązania tego problemu. Tak więc pytanie, które zadajesz, brzmi w rzeczywistości: „Dlaczego przeszłość różni się od przyszłości?” Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, zbiorowe zachowanie wszystkich cząstek we Wszechświecie jest takie, że cząsteczki mają tendencję do coraz bardziej nieuporządkowanych konfiguracji (jeśli początkowa konfiguracja nie jest w maksymalnym nieuporządkowanym stanie). Teraz, z definicji, przeszłość Wszechświata znajduje się w bardziej uporządkowanym stanie niż przyszłość. Możesz zadać sobie pytanie, co by się stało, gdyby ruchy wszystkich pól cząstek zostały odwrócone (co można zrobić tylko w umyśle, ale nieżyjący już Stephen Hawkins pomyślał kiedyś, że stanie się to, jeśli Wszechświat zmieni się z ekspansji w skurcz, o czym później na szczęście przyznał, że jest błędna). Coś do przemyślenia!

• Jeśli potrzebujesz krótkiej odpowiedzi,:
  • Fizycy mają na myśli głównie oś współrzędnych, kiedy mówią o czasie. Również w teorii względności czas mierzymy w metrach!
• Jak płynie czas?
  • Powiedziałbym raczej: jak to przechodzi. W teorii względności „ zakładamy ”, że czas płynie z prędkością światła. Kierunek czasu określamy za pomocą tej „ definicji ”:
    • Kierunek upływu czasu jest tym samym kierunkiem, w którym rośnie entropia. Jeśli nie wiesz, czym jest entropia, to w skrócie entropia jest miarą dezorganizacji materii. Zatem czas płynie w kierunku, w którym dezorganizacja cząstek w naszym wszechświecie wzrasta.

To była krótka odpowiedź i nie była zbyt dokładna, ale jeśli chcesz dokładniej wyjaśnić te kwestie, możesz przeczytać wiele książek i obejrzeć wiele filmów na youtube na ten temat. Mam nadzieję, że moja odpowiedź była przydatna.

Przyjmę inny punkt widzenia niż inne odpowiedzi. Upływ czasu można wykorzystać w teorii względności.

Niektóre odpowiedzi powyżej i ta odpowiedź na Czy rzeczywiście potrzeba nieskończonej ilości czasu (obserwatorowi), zanim ktoś wpadnie do czarnej dziury? wskaż czas jak w Block Universe. Czasoprzestrzeń to niezmienny blok 4D. Czas nie płynie.

Zgodnie z tą odpowiedzią, aby Zrozumieć pojawiające się zjawiska we wszechświecie blokowym. (Pytanie przeredagowane), aby upłynął czas, musiałby istnieć fizycznie znaczący parametr $ \ lambda $ , który definiowałby przepływ za pośrednictwem $ dt / d \ lambda $ w bloku 4D. Nie ma przepływu. W ogólnej teorii względności ludzie przez cały czas definiują taki parametr afiniczny, ale nie ma on fizycznego znaczenia.

Z tego punktu widzenia jestem czymś w rodzaju rolki filmu. Każda klatka to ja w określonym czasie. Każda klatka istnieje niezależnie, niezależnie od tego, która klatka jest „teraz” i czy film jest w ogóle odtwarzany. W każdej klatce jestem w stanie, który czuje upływ czasu i pamięta przeszłość.

Jednak, ponieważ ta odpowiedź na W jaki sposób pozycja cząstki może być przypadkowa i niepewna w mechanice kwantowej, jeśli jest już z góry określona w teorii względności? wyjaśnia, że ​​to pogląd nie oznacza, że ​​przyszłość jest z góry określona w sposób niezgodny z mechaniką kwantową. Jakkolwiek okazują się kwantowe funkcje falowe i pomiary, wynikające z nich zdarzenia można ułożyć w bloku czasoprzestrzeni 4D. Blok jest wygodnym sposobem przeglądania wydarzeń dla względności.

Wielu fizyków przyjmuje pogląd, że wszechświat blokowy jest sposobem, w jaki działa wszechświat. Ale jak powiedział John Rennie w swojej odpowiedzi, istnieją inne poglądy, że jest to tylko matematyczna sztuczka, a czas naprawdę płynie.

Na przykład ogólne relatywistyczne symulacje numeryczne często używają formalizmu ADM, aby rozpocząć od warunku początkowego i obliczyć przyszłe stany. Czasoprzestrzeń jest podzielona na arkusze przestrzenne oznaczone t. Tensor metryczny 3D dla każdego arkusza jest używany jako zmienna dynamiczna wraz z jej sprzężonym momentem. Można wyprowadzić hamiltonian i równania ruchu. Przyszłe stany można obliczyć bez znajomości ich z wyprzedzeniem.

To wszystko pokazuje, że Block Universe jest kompatybilny z fizyką, jaką znamy, pomimo naruszenia zdrowego rozsądku. Ale Block Universe nie jest wymagane.

Częścią zdroworozsądkowego poglądu na czas jest to, że płynie. Teraźniejszość jest wszystkim, co istnieje. Przyszłość jeszcze się nie wydarzyła. Przeszłość minęła i minęła. Chciałbym wykazać, że jest to również zgodne z teorią względności. Względność nie wymaga upływu czasu, ale jeśli istnieje, nie szkodzi teorii. Aby to zrobić, przyjrzę się nieco głębiej temu, co oznacza równoczesność.

Lekkie podróże z prędkością 3 $ \ times 10 ^ 8 $ m / s. Przy 3 $ m / s czujemy się komfortowo. Uważamy, że fizyka relatywistyczna jest sprzeczna z intuicją.

Rozważmy świat, w którym najszybszy ruch to 3 $ \ times 10 ^ {- 8} $ m / s. To około 1 m / rok, prędkość lodowca. Fizycy świata na lodowcu poruszają się zbyt wolno, aby zobaczyć efekty ruchu, z którymi czujemy się komfortowo. Możemy dowiedzieć się o naszych koncepcyjnych trudnościach, patrząc na to, co w fizyce codziennej wydaje się sprzeczne z intuicją.

W klasycznej fizyce świata lodowców każdy obiekt ma ustaloną wewnętrzną właściwość zwaną pozycją. Każdy obserwator zgadza się co do położenia danego obiektu. Pozycja może służyć jako tożsamość obiektu.

Jednak dokładne pomiary lub pomiary w długich odstępach czasu pokazują, że pozycja zmienia się w czasie. Prowadzi to do sprzecznych z intuicją koncepcji, takich jak „niepowodzenie w tym samym miejscu” i „prędkość”.

Zwykle można je zignorować. Ale obserwatorzy podróżujący z codziennymi prędkościami zobaczyliby dziwne efekty. Fizycy z lodowca Bob i Alice zgadzają się, że obaj zajmują pozycję $ x_0 $ w czasie $ t_0 $ . Na $ t_1 $ Bob twierdzi, że ma pozycję $ x_0 $ , tak jak można by się spodziewać. Podobnie Alice mówi, że wszystko u niej jest normalne. Ale Bob mówi, że Alicja ma x_1 $ .

Prowadzi to do nieporozumień. Ani Bob, ani Alice nie zmienili swojej niezmiennej pozycji. A jednak są teraz na dwóch różnych pozycjach. Czy te pozycje są w jakiś sposób takie same? Czy można w jakiś sposób zajmować dwa stanowiska jednocześnie?

Mamy podobne zamieszanie co do niepowodzenia jednoczesności. Uważamy, że czas jest absolutny. Czas $ t_0 $ jednoznacznie identyfikuje wycinek czasoprzestrzeni. Kiedy $ t_0 $ jest teraz, wszystkie wydarzenia w tym wycinku mają swój moment istnienia. Stan wszechświata jest jednoznacznie określany przez $ t_0 $ . Wszyscy obserwatorzy się z tym zgadzają. Upływ czasu jest postępem stanu uniwersalnego od przyczyny do skutku. Dlatego upływ czasu ma sens.

Jednak pomiary pokazują, że prędkość światła jest stała. Prowadzi to do niepowodzenia jednoczesności. Zwykli fizycy Robert i Alicia mijają się z relatywistyczną prędkością. Obaj wybierają układy współrzędnych, które zgadzają się, że są przekazywane w $ (x_0, t_0) $ . Patrzą na zdarzenie, które Robert widzi jako $ (x_1, t_0) $ . Robert mówi, że to właśnie teraz ma swój moment istnienia. Alicia mówi, że to samo wydarzenie już się wydarzyło lub jeszcze się nie wydarzyło. Prowadzi to do zamieszania. Jedno wydarzenie ma miejsce w dwóch różnych momentach.

Block Universe to jeden ze sposobów obejścia tego. Jeżeli zdarzenie istnieje w dwóch różnych momentach, nie może istnieć chwilowo. Musi istnieć, kiedy tylko nadejdzie czas, aby zaistniała w jakimkolwiek układzie odniesienia. Zachowuje to pogląd, że wszystkie zdarzenia w wycinku czasoprzestrzeni zdefiniowanym przez czas istnieją w tym czasie. Jednak niszczy to pojęcie upływającego czasu. Ciąg wydarzeń nie powstaje i nie zanika. Cały blok zdarzeń w całej czasoprzestrzeni istnieje po prostu statycznie.

Innym sposobem jest porzucenie poglądu, że jednoczesność jest absolutna. Każdy obiekt podąża za linią świata, w której płynie czas. Każde zdarzenie, którego doświadcza obiekt, pojawia się w swoim czasie i znika. Ale nie ma uniwersalnego sposobu na dopasowanie czasów oddzielnych wydarzeń. Dopasowanie jest tak samo zależne od ruchu, jak dopasowanie pozycji oddzielnych wydarzeń.

Jest to dla nas znacznie trudniejsza pojęciowa przeszkoda niż cokolwiek innego w szczególnej teorii względności. Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że Robert postrzega dwa wydarzenia jako to samo miejsce, ale Alicia postrzega je jako różne ze względu na swój ruch. Ale Robert widząc dwa wydarzenia w tym samym czasie, a Alicia widząc je jako różne ze względu na swój ruch, narusza nasze wyobrażenie o czasie. Trudno przyzwyczaić się do tego, że czas nie jest tym, czym myśleliśmy.

Nie zmienia to, czym jest równoczesność w teorii względności. Można wnioskować o jednoczesności dwóch odrębnych zdarzeń mierzonych w określonym układzie inercjalnym. Robert, siedzący przy $ x_0 $ , zawsze może polegać na tym, że jego zegar na $ x_0 $ jest jednolity. Wysyła impuls światła, który odbija się od zdarzenia w $ x_1 $ i wraca. Rejestruje czas odesłania i powrotu. Prędkość światła jest stała, więc impuls przez połowę czasu gaśnie, a połowę powraca. Refleksja jest zatem jednoczesna z wydarzeniem, którego Robert doświadczył w połowie drogi.

Różnica między poglądami Block Universe i Flowing Time jest czysto filozoficzna.Obaj używają tych samych diagramów czasoprzestrzeni, wykonują te same obliczenia i uzyskują te same odpowiedzi.Jeden punkt widzenia traktuje diagram czasoprzestrzeni jako blok statycznie istniejących zdarzeń.Drugi traktuje to jako zbiór luźno dopasowanych historii.

Oba pojęcia czasu różnią się od pojęcia zdroworozsądkowego.Nie znam żadnego eksperymentu, który potrafiłby odróżnić te interpretacje czasu.Użyj tego, który najbardziej Ci odpowiada.

Jest jednak jedna różnica.Block Universe nie obejmuje progresji stanu od wczesnego do późniejszego czasu.Trzeba to dodać.Powstaje pytanie, jak to zmotywować i wyjaśnić kierunek.Przepływ czasu nie wyjaśnia tego postępu.Po prostu zakładamy.

Oczywiście odpowiedź Johna Renniego jest prawidłowa, podobnie jak odpowiedź Johna Duffielda. Obie odpowiedzi są w większości poprawne i techniczne. Ale spróbuję to wyjaśnić w prostszy sposób. Więc proszę, pozwólcie, że spróbuję coś dodać, wyjaśniając to w naprawdę prosty i zrozumiały sposób i porównując dwie odpowiedzi tam, gdzie są zgodne, a gdzie nie.

1. co to jest czas?
   John Rennie:

   to właśnie fizycy mają na myśli z definicji czterech wektorów, a czas jest współrzędną w tym czterowymiarowym układzie, który nazywamy czasoprzestrzenią.

   
   John Duffield:

   to ruch wskazówek zegara

   
   Obie mają rację. Ale obaj próbują spojrzeć na to z innej perspektywy. Weźmy je jeden po drugim, próbując je ujednolicić.

Pierwsza odpowiedź mówi, że wszechświat jest ustawiony w ten sposób, a cztery wektory są ustawione tak, że czas jako wymiar jest po prostu innym wymiarem, podobnie jak 3 wymiary przestrzeni, które łatwo dostrzegamy. Teraz jest to poprawne i to tylko pomiar czasoprzestrzeni. Wyjaśnia, że ​​na każdy ruch (prędkość) w wymiarach przestrzeni wpływa (i odwrotnie) ruch (prędkość) w wymiarze czasu. Jeśli coś porusza się z prędkością $ c $ w przestrzeni, nie może poruszać się w czasie (jego prędkość w wymiarze czasowym wynosi 0). Jeśli coś porusza się wolniej niż prędkość $ c $ w przestrzeni, musi zacząć się poruszać w wymiarze czasu. To tylko fakt empiryczny, i tak właśnie jest zbudowany wszechświat i czterowektor.

Sprowadza się to również do wszechświata blokowego, w którym wszystkie „odcinki czasu” już istnieją, a my postrzegamy je jako „poruszamy się” wzdłuż współrzędnych wymiaru czasu.

Nie ma obecnie przyjętej teorii na temat tego, z czego wszystko się składa i jak uzyskuje się masę spoczynkową, ale jedna z teorii mówi, że bezmasowe cząstki ( gluony) oscylują z prędkością c w jakimś odosobnieniu.

W SR, dylatacja czasu jest w jednym przykładzie wyjaśniona przez zegar fotonowy, z dwoma zwierciadłami i fotonem poruszającym się pomiędzy zwierciadłami (jak oscylujące) (pewne ograniczenie). Więc jeśli weźmiemy to za analogię, możemy powiedzieć, że czas jest ruchem (w przestrzeni) fotonu lub gluonu między zwierciadłami lub uwięzieniem. Więc wszystko, co istnieje, mogło składać się z małych zegarów gluonowych.

Zatem pierwsza odpowiedź może prowadzić do stwierdzenia, że ​​poprzez ruch (oscylację) gluonów małych zegarów i ich prędkość w przestrzeni (oscylując z prędkością $ c $ ) wpływa na ich prędkość w wymiarze czasu (prędkość 0, czas zatrzymany). Zatem cztery wektory pokażą, że nie poruszają się one w czasie.

Ale gdy tylko przyjrzymy się cząstkom wyższego poziomu, które tworzą, w jakiś sposób, z powodu uwięzienia, zyskują masę spoczynkową do cząstek wyższego poziomu, a te (cząstki wyższego poziomu) zwalniają w przestrzeni. Muszą więc zacząć poruszać się w wymiarze czasu i to właśnie pokaże ich cztery wektory, będą poruszać się w wymiarze czasu z prędkością> 0.

A więc tutaj pierwsza odpowiedź łączy się z drugą odpowiedzią, mówi, że ruch (prędkość) w wymiarach przestrzeni wpłynął na ruch (prędkość) w wymiarze czasu.

Druga odpowiedź mówi, że czas to tylko ruch części zegara. Tak więc zasadniczo zgadza się z pierwszą odpowiedzią, mówiąc, że wszystko jest jak zegar fotonowy i że ruch w przestrzeni wpływa na ruch w czasie.

2. D Czy czas płynie? Nie, obie odpowiedzi mówią nie, ponieważ to nie jest upływ czasu, to my poruszamy się wzdłuż współrzędnych wymiaru czasu.

Pierwsza odpowiedź wyraźnie mówi, że poruszamy się w wymiarze czasu i bardziej przypomina on wszechświat blokowy, w którym wszystko już istnieje.

Druga odpowiedź mówi, że czas to tylko ruch cząstek, więc sam czas nie płynie, ale cząsteczki się poruszają i to właśnie postrzegamy jako upływ czasu.

Pierwsza odpowiedź jest prawidłowa.tak właśnie jest zbudowany wszechświat i czterowektor.Pokażę, dlaczego druga odpowiedź jest błędna, i aby to zrobić, muszę wyjaśnić coś, o czym nie wspomina żadna z tych odpowiedzi.

3. Przypadek, którego żadna z tych odpowiedzi nie wyjaśnia jest następujący: gdyby wszystko we wszechświecie (wszystkie cząstki, energia) nie poruszało się w przestrzeni (byłyby stacjonarne w wymiarach przestrzennych).

W tym przypadku pierwsza odpowiedź byłaby taka, że na podstawie czterech wektorów nadal widzielibyśmy, że wszystko porusza się w wymiarze czasu z prędkością $ c $ .Tak właśnie mówi cztery wektory i jest to empirycznie prawdziwe.

Druga odpowiedź sugerowałaby, że w tym przypadku, skoro nic nie porusza się w przestrzeni, nie postrzegamy czasu i nie ma czasu, on nie istnieje. Ale to nieprawda. Druga odpowiedź opiera się na błędnym przekonaniu. Oznacza to, że cząstki poruszają się w przestrzeni i że nasza prędkość (która ma masę spoczynkową) jest normalna i że musielibyśmy przyspieszyć (w wymiarach kosmicznych) do prędkości światła. To nie jest prawda. Wszystko bezmasowe we wszechświecie porusza się z prędkością $ c $ w przestrzeni (i porusza się z prędkością 0 w wymiarze czasowym) od razu po utworzeniu. Ponieważ moglibyśmy użyć analogii i powiedzieć, że wszystko składa się z małych zegarów fotonowych (gluonowych), wszystkie one poruszają się w przestrzeni z prędkością $ c $ , gdy są tworzone. Jeśli w jakiś sposób zwiększą prędkość dla cząstek wyższego poziomu, które budują (oscylując w pewnym zamknięciu), spowalniają te cząstki wyższego poziomu w przestrzeni. Tylko w ten sposób można poruszać się wolniej niż prędkość $ c $ w przestrzeni, aby zwolnić. Gdy zwalniają, zyskując masę, zaczynają postrzegać czas (cząstki wyższego poziomu) tak jak my (którzy mają masę spoczynkową) i również zaczynają się poruszać w wymiarze czasu.

Otóż, jeśli zwolnimy tak bardzo, że staniemy się nieruchomi w kosmosie, to po prostu nie jest to wyjątkowe. Wciąż poruszamy się z prędkością $ c $ w wymiarze czasu. Błędne przekonanie, które widzisz, jest takie, że możesz pomyśleć, że prędkość 0 w kosmosie jest wyjątkowa (biorąc pod uwagę jej wpływ na prędkość w wymiarze czasu). Nie jest. Prędkość 0 w przestrzeni jest taka sama (wpływa na prędkość w wymiarze czasu) jak każda inna prędkość w przestrzeni speed< $ c $ . Jedyną prędkością w przestrzeni, która ma specjalny wpływ (na prędkość w wymiarze czasu), jest prędkość $ c $ . Ale to jedyna prędkość, jaką mogą mieć bezmasowe cząstki i jeśli cokolwiek chce poruszać się wolniej - musi zwolnić, nabierając masy.

Zatem druga odpowiedź jest błędna, kiedy mówi, że cząsteczki poruszają się w przestrzeni i że to właśnie postrzegamy jako upływ czasu. Ponieważ nawet gdyby nic nie poruszało się w przestrzeni, nadal poruszalibyśmy się w wymiarze czasu z prędkością $ c $ .

Jak to możliwe? Jedynym rozwiązaniem jest tak naprawdę wszechświat blokowy, w którym wszystkie wersje naszego wszechświata istnieją w wymiarze czasu, a my po prostu poruszamy się po wymiarze czasu i uświadamiamy sobie aktualną wersję naszego świata.

Ale co sprawia, że ​​wszyscy postrzegamy ten sam wszechświat w tym samym czasie? Jak wszyscy razem poruszamy się w wymiarze czasu? Odpowiedź brzmi: ponieważ wszyscy poruszamy się z tą samą prędkością (w przybliżeniu, lecąc z Ziemią, gdy porusza się ona w przestrzeni) w tym samym polu grawitacyjnym. Gdy tylko wyjdziemy z ziemskiego pola grawitacyjnego, postrzegamy czas w innym tempie (niż ten, który pozostał na Ziemi), ponieważ będziemy się poruszać w wymiarze czasu z inną prędkością z powodu GR. Gdy tylko lecimy z inną prędkością w kosmosie (w szybkim statku kosmicznym), inaczej postrzegamy czas (niż ten, który został na Ziemi) z powodu SR.

OK, ale jak możemy przede wszystkim poruszać się w wymiarze czasu z różnymi prędkościami? Jak więc ktoś może odejść od Ziemi i wrócić do tego samego punktu w wymiarze czasu, co pozostali na Ziemi? Odpowiedź jest taka, że ​​jeśli ktoś oddala się od Ziemi, a więc wychodzi z pola grawitacyjnego i porusza się z inną prędkością niż ta na Ziemi, to osoba ta oddala się we wszystkich czterech wymiarach. Aby powrócić do tego samego punktu we wszystkich czterech wymiarach i spotkać te pozostawione na Ziemi w tym samym punkcie wymiaru czasu, musi użyć dodatkowej energii, aby nadrobić różnicę. W przeciwnym razie osoba ta wróciłaby na Ziemię tylko do tego samego miejsca w przestrzeni, ale nigdy do tego samego punktu w wymiarze czasowym, co pozostali na Ziemi (ponieważ jego prędkość w wymiarze czasowym jest inna). Widzielibyśmy to tak, jakby postarzał się mniej (lub bardziej).

Zatem pierwsza odpowiedź jest prawidłowa, ponieważ nawet jeśli coś jest nieruchome w przestrzeni, wciąż może znajdować się w polu grawitacyjnym, a to zmienia jego prędkość w wymiarze czasu (w porównaniu do tych poza polem grawitacyjnym).

To nie jest mój temat i nie jestem tutaj ekspertem, ale wierzę w dodatkowe okoliczności w czarnej dziurze, czas może się nawet zatrzymać (ich prędkość w wymiarze czasu wynosi 0 ) dla tych wewnątrz czarnej dziury (z perspektywy dalekiego obserwatora) i mogą wydawać się, że utknęli w pewnym punkcie wymiaru czasu. Może więc zaistnieć szczególny przypadek, gdy prędkość w wymiarze kosmicznym wynosi 0, a także w wymiarze czasu (dla nierotującej czarnej dziury w osobliwości). Aby zacząć ponownie poruszać się w wymiarze czasu, musieliby użyć dodatkowej energii, aby wydostać się z efektu grawitacyjnego czarnej dziury i zacząć poruszać się zarówno w wymiarze czasowym, jak i przestrzennym.

Moje pytanie spadło na mnie (jest ono postrzegane jako duplikat tego), więc zostawię odpowiedź tutaj jako strzał na pożegnanie. John Rennie wspomina, że ​​czas płynie w kierunku z szybkością jednej sekundy na sekundę. To dobrze, ale w samym tylko naszym Wszechświecie istnieje nieskończona liczba odmian tej szybkości.

Wydaje się, że nawet w przypadku nas samych tempo to zmienia się w zależności od tego, jak funkcjonuje nasz mózg. Nasze mózgi mają różne biegi (fale alfa, beta, gamma, delta [i może więcej]) i zależnie od tego, która ich kombinacja jest w trakcie procesu, może się wydawać, że porusza się wolniej lub szybciej. Kiedy wykonujemy wiele zadań jednocześnie, chcemy, aby zwolnił, a kiedy się nudzimy, wydaje się, że przeciąga.

Ale dość już filozofii - mówimy tutaj o fizyce czasu, która jest w zasadzie fizyką czegoś, co nie istnieje. Nie pamiętam, kto to jest, właściwie jakaś celebrytka, ale osoba ta doświadcza pewnej anomalii, stanu „medycznego” i nie ma takiego postrzegania czasu jak reszta z nas (bez względu na procent ludzkiej rasy).

Podobnie jak niektórzy ludzie nie mają reflektorów apetytu, które mówią im, kiedy zjadli wystarczająco dużo (ludzie umarli z tego powodu), osoba, o której zapomniałem, która nie może ocenić czasu. Czy są więc dysfunkcyjne lub bardziej dostrojone do natury niż niektóre?

Nie sądzę, żeby zwierzęta postrzegały czas. Myślę, że dostrzegają zdarzenia i potrafią je zapamiętać (faktycznie i dziwne eksperymenty dowiodły, że ptaki mogą przekazać swojemu potomstwu „wspomnienia” konkretnych osób zagrażających, a dzieci odpowiednio reagują na osoby bez ich wcześniejszego spotkania) - jednak tylko ludzie mają abstrakcję koncepcja czasu jako „rzeczy”.

W rzeczywistości w Henrym IV Szekspira bohater szydzi z głupca, ponieważ abstrakcyjnie odnosi się do czasu. Morał jest taki, że ludzie, którzy mają czas na zastanawianie się nad czasem, tak naprawdę niewiele osiągają. To zostało napisane 400 lat temu i teraz (śmiejąc się z siebie) robię to samo. Więc myślę, że nie zrobię tego po tej małej odpowiedzi.

Niedawno słuchając Juliana Barbour (który podał rozwiązanie problemu trzech ciał) powiedział w pewnym sensie to samo. Mówi nam, że czas, jaki widzimy, jest rodzajem pozostałości po wydarzeniach, które nie pasują idealnie. Jak gdybyś miał spotkać się z przyjacielem, a on przybył na miejsce spotkania po tobie, można by zacząć zauważać upływ czasu. Gdybyś spotkał się jednocześnie, twój umysł mógłby pozostać w pełni zaangażowany w życie, a czas byłby nieważny.

Aby podać podobny przykład, koleś powiedział, że spotkał kiedyś Bruce'a Lee (artystę sztuk walki) w windzie i zaczęli rozmawiać o Kung Fu. Dotarli na to samo piętro, więc wypróbowali kilka ruchów. Następnym razem, gdy koleś spojrzał na zegarek, była siódma rano. Wsiadł do windy o 22.35, więc czas znika, kiedy go nie oglądamy.

Podobnie jak w przypadku mechaniki kwantowej, jeśli kładziemy się spać, możemy polegać na tym, że nasz niezawodny budzik będzie tykał (jak mówi John Rennie) jedną sekundę na sekundę przez całą noc, aż obudzi nas z nieprzytomności. ALE nie mamy możliwości udowodnienia, że ​​tak właśnie się dzieje. Podobnie jak w przypadku niezakręconej funkcji falowej, co właściwie robi czas, gdy nie oglądamy?

Jak możemy w ogóle udowodnić, że jesteśmy tą samą osobą, która obudziła się i poszła spać? Buddyści mówią, że ego jest funkcją. To jest tymczasowe i czasami jest, czasami nie. Takie jest rzeczywiste znaczenie zdania „jeśli drzewo spadnie do lasu i nikogo nie będzie w pobliżu, czy ktoś to słyszy?” koan. Tłumaczy się to jako „jeśli ego nie ma do oglądania, czy istnieje ego?” - no, oczywiście, że nie, jeśli nie ma go przez chwilę. Może jednak powrócić, jeśli odpowiedź Physics Stack Exchange, nad którą ciężko pracowałeś, otrzyma wiele głosów przeciw ha ha ha.

Na Ziemi najbliższą dokładną miarą czasu są dni. Cała reszta polega na wybieraniu nitek, do których ludzie podchodzą, ponieważ chcą wielu rzeczy, więc zaczynają kalkulować, jak je zdobyć, a to oznacza, że ​​dzielimy zdarzenia na części, które nazywamy czasem.

To też punkt Barbour. Musimy dostrzec podział, aby funkcjonować i posiadamy wrodzone narzędzie do dzielenia czasu, tak jak posiadamy narzędzie do dzielenia tożsamości (ego), ale jak widać u ludzi, którzy mają anomalie, ten can jest nieobecny.

Nawet emocja taka jak smutek nigdy nie jest dwa razy taka sama i jak powiedział słynny filozof „Nigdy nie wskakujesz dwa razy do tej samej rzeki”. Nie jestem pewien, jak ostatecznie zakończyć tę wędrówkę. Może powiem tylko, że zgadzamy się wierzyć, że wszyscy z grubsza wiemy, co to jest godzina, a sekunda to bardzo wygodny pomiar.

Nie, czekaj. Zakończę odpowiedź pytaniem. Ilu z was, pomimo swoich najlepszych starań, spóźniło się na wydarzenie, spotkanie lub nie zrobiło czegoś, co musieliście zrobić w określonym czasie? Czas został dokładnie ustalony w twoim mózgu, ale życie było po prostu większe, bardziej bezosobowe i tak bardzo poza twoją kontrolą, że pojęcie czasu nie działało.

Co ja jednak wiem? Jestem tylko zegarem. Czasami tykam, czasami tak.

Fizycy traktują czas jako współrzędną, którą można przypisać zdarzeniu wraz z trzema współrzędnymi przestrzennymi i używają terminu czasoprzestrzeń, aby odnieść się do powstałej 4-wymiarowej reprezentacji matematycznej.

Fizyka skutecznie definiuje czas jako liczbę zmian.Konkretnie, sekunda to 9 192 631 770 kolejnych nadsubtelnych przejść atomu cezu 133.

Jeśli zatem pomyślisz o czasie jako o liczbie zmian, zobaczysz, że nie płynie, jest to po prostu bieżąca suma licznika.Wynika z tego, że czas zawsze będzie się wydłużał, ponieważ zliczanie kolejnych przypadków zawsze skutkuje wzrostem liczby.

Która jest godzina? Zapytaj dziesięciu różnych osób, a otrzymasz dziesięć różnych odpowiedzi. Tak to rozumiem. Słowo czas to termin opisujący ruch w czasie. Czas jest tym, co robimy. Czas nie płynie, my czas. Nie poruszamy się w wymiarze czasu, czas w wymiarze czasowym. Czas to czasownik.

To nasz ruch od jednej chwili do następnej. Zegary mierzą nasz postęp. Zegary mierzą, jak daleko mamy czas. Odległości czasowe mierzone są w sekundach, minutach, godzinach, dniach, latach itd. Tak więc poruszamy się w wymiarze przestrzennym i czasowym w wymiarze czasowym.

Szybkość, z jaką mierzymy czas, nazywana jest naszą prędkością czasową. Synchronizowanie w wymiarze czasowym nie jest czymś, co robią tylko ludzie. Wszystko oprócz bezmasowych cząstek, czasów.

Teraz, ponieważ wymiar przestrzenny i wymiar czasowy są ze sobą powiązane, im szybciej się poruszamy, tym wolniej mamy czas, ale z uwagi na fakt, że nasze postrzeganie jest określane przez naszą prędkość czasową, nigdy nie dostrzegamy lokalnie dylatacji czasu.

Mogę się mylić, ale nie ma naukowych dowodów na to, że moja teoria jest nieprawdopodobna. Popraw mnie, jeśli się mylę, ale jeśli się nie zgadzasz, tylko dlatego, że nie zgadza się to z Twoimi obecnymi poglądami, nie komentuj.