Οι φιλόσοφοι συζητούν για τη φύση του χρόνου πολύ πριν από τον Αϊνστάιν και τη σύγχρονη φυσική. Αλλά τα 106 χρόνια από τον Αϊνστάιν, η επικρατούσα άποψη στη φυσική ήταν ότι ο χρόνος λειτουργεί ως την τέταρτη διάσταση του χώρου, μία σκηνή που παριστάνεται μαθηματικά ως 4D χωροχρόνος Minkowski. Ωστόσο, μερικοί επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένων των Amrit Sorli και Davide Fiscaletti, από το Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας στην Σλοβενία, υποστηρίζουν ότι ο χρόνος υπάρχει εντελώς ανεξάρτητα από το χώρο. Σε μια νέα μελέτη τους, οι Sorli και Fiscaletti έχουν δείξει ότι δύο φαινόμενα της ειδικής σχετικότητας – η διαστολή του χρόνου και η συστολή του μήκους – μπορεί να περιγραφούν καλύτερα στο πλαίσιο του 3D χώρου με τον χρόνο σαν την ποσότητα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αλλαγής (δηλαδή την κίνηση των φωτονίων) σε αυτό τον χώρο.
Το φως από τα ρολόγια Α και Β κινούνται οριζόντια μέσα στο χώρο. Σύμφωνα με την συστολή του μήκους, το ρολόι Α θα πρέπει να κτυπά πιο γρήγορα από το ρολόι Β. Στη νέα μελέτη, οι φυσικοί υποστηρίζουν ότι δεν υπάρχει καμία συστολή του μήκους και τα δύο ρολόγια πρέπει να κτυπούν με τον ίδιο ρυθμό, σύμφωνα με την ειδική σχετικότητα
Οι δύο φυσικοί έχουν δημοσιεύσει άρθρο τους σε ένα πρόσφατο τεύχος του Physics Essays. η δουλειά τους βασίζεται σε προηγούμενα άρθρα τους, στα οποία έχουν ερευνήσει τον ορισμό του χρόνου ως μια “αριθμητική σειρά της φυσικής αλλαγής."
Τον Απρίλιο του 2011, σε δύο εργασίες τους στο πιο πάνω περιοδικό οι Amrit Sorli, Davide Fiscaletti, και Dusan Klinar, ξεκίνησαν να εξηγήσουν το πως εμείς συνήθως υποθέτουμε ότι ο χρόνος είναι μια απόλυτη φυσική ποσότητα η οποία παίζει το ρόλο της ανεξάρτητης μεταβλητής (ο χρόνος, t, είναι συχνά στον x-άξονα σε γραφήματα που δείχνουν την εξέλιξη ενός φυσικού συστήματος). Αλλά, όπως σημειώνουν, δεν μπορούμε ποτέ να μετρήσουμε πραγματικά το t. Αυτό που εμείς μετράμε είναι η συχνότητα και η ταχύτητα ενός αντικειμένου. Αλλά, από μόνο του, το t έχει μόνο μια μαθηματική αξία, και δεν είναι μια πρωτογενής φυσική ύπαρξη.
Αυτή η άποψη δεν σημαίνει ότι ο χρόνος δεν υπάρχει, αλλά ότι ο χρόνος έχει να κάνει περισσότερο με το χώρο από ό,τι με την ιδέα ενός απόλυτου χρόνου. Έτσι, ενώ ο 4D χωροχρόνος θεωρείται συνήθως ότι αποτελείται από τρεις διαστάσεις του χώρου και μία διάσταση του χρόνου, η άποψη των ερευνητών δείχνει ότι είναι πιο σωστό να φανταστούμε τον χωροχρόνο ως με τέσσερις διαστάσεις του χώρου. Με άλλα λόγια, όπως λένε, το Σύμπαν είναι «αχρονικό».
Επίσης, αυτός ο ορισμός του χρόνου ως μία αριθμητική σειρά της μεταβολής μπορεί να επιλύσει και το παράδοξο του Ζήνωνα, του Αχιλλέα και τη χελώνα. Σε αυτό το παράδοξο, αν η χελώνα προηγείται του Αχιλλέα έστω κι αν ο Αχιλλέας μπορεί να τρέξει 10 φορές γρηγορότερα από την χελώνα, δεν μπορεί ποτέ να ξεπεράσει τη χελώνα, διότι, για κάθε μονάδα απόσταση που τρέχει ο Αχιλλέας, η χελώνα τρέχει επίσης το 1/10 της απόστασης. Έτσι, κάθε φορά που ο Αχιλλέας φτάσει σε ένα σημείο όπου ήταν η χελώνα, η χελώνα έχει επίσης μετακινηθεί λίγο πιο μπροστά. Αν και το συμπέρασμα είναι ότι ο Αχιλλέας δεν μπορεί ποτέ να ξεπεράσει την χελώνα είναι προφανώς ψευδές, υπάρχουν πολλές διαφορετικές προτεινόμενες εξηγήσεις γιατί το επιχείρημα αυτό είναι εσφαλμένο.
Το παράδοξο λοιπόν μπορεί να επιλυθεί μέσω ανακαθορισμού της ταχύτητας, έτσι ώστε η ταχύτητα των δύο (Αχιλλέα και χελώνας) να προέρχεται από την αριθμητική σειρά των κινήσεων τους, παρά από τη μετατόπιση και την κατεύθυνσή τους στο χρόνο. Από την άποψη αυτή, ο Αχιλλέας και η χελώνα κινούνται μόνο μέσα στο χώρο, και ο Αχιλλέας μπορεί να ξεπεράσει την χελώνα στον χώρο, και όχι στον απόλυτο χρόνο.
Σχετικότητα και χρόνος
Οι κύριες έννοιες της ειδικής σχετικότητας – ότι η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς, και ότι δεν υπάρχει απόλυτο σύστημα αναφοράς – παραδοσιακά διατυπώνονται στο πλαίσιο του χωροχρόνου Minkowski. Σε αυτό το πλαίσιο, οι τρεις χωρικές διαστάσεις είναι διαισθητικά ορατές, ενώ η διάσταση του χρόνου μαθηματικά εκπροσωπείται από μία φανταστική συντεταγμένη, και δεν μπορεί να απεικονιστεί με ένα συγκεκριμένο τρόπο.
Στην εργασία τους, οι Sorli και Fiscaletti υποστηρίζουν ότι, ενώ οι έννοιες της ειδικής σχετικότητας είναι σωστές, η εισαγωγή του χωροχρόνου Minkowski 4D έχει δημιουργήσει μια εδώ και 100 χρόνια παρανόηση του χρόνου ως την τέταρτη διάσταση του χώρου, κάτι που στερείται πειραματικής υποστήριξης. Υποστηρίζουν ότι τα γνωστά πειράματα της διαστολής του χρόνου, όπως αυτά που αποδεικνύουν ότι τα ρολόγια στην πραγματικότητα τρέχουν πιο αργά πάνω σε αεροπλάνα υψηλής ταχύτητας από ό,τι σε κατάσταση ηρεμίας, υποστηρίζουν όντως την ειδική σχετικότητα και την διαστολή του χρόνου, αλλά όχι κατ’ ανάγκην τον χωροχρόνο Minkowski ή την συστολή του μήκους.Σύμφωνα με τη συμβατική άποψη, τα ρολόγια τρέχουν πιο αργά στις υψηλές ταχύτητες, λόγω της φύσης του ίδιου του χωροχρόνου Minkowski, ως αποτέλεσμα τόσο της διαστολής του χρόνου όσο και της συστολής του μήκους. Αλλά οι Sorli και Fiscaletti υποστηρίζουν ότι τα αργά ρολόγια μπορούν καλύτερα να περιγραφούν από τη σχετική ταχύτητα μεταξύ των δύο πλαισίων αναφοράς, που τα ρολόγια μετρούν, των οποίων τα ρολόγια δεν αποτελούν μέρος τους. Από αυτή την άποψη, ο χώρος και ο χρόνος είναι δύο ξεχωριστές οντότητες.
"Με τα ρολόγια μετράμε την αλλαγή της κίνησης σε 3D χώρο," δήλωσε ο Sorli. “Ο χρόνος είναι “διαχωρισμένος’ από τον χώρο, με μία αίσθηση ότι ο χρόνος δεν είναι η τέταρτη διάσταση του χώρου. Αντίθετα, ο χρόνος ως μία αριθμητική αλλαγή υπάρχει σε ένα 3D χώρο. Το μοντέλο μας στον χώρο και τον χρόνο βασίζεται στη μέτρηση και ανταποκρίνεται καλύτερα στην φυσική πραγματικότητα. "
Για να φανεί η διαφορά μεταξύ των δύο απόψεων του χρόνου, οι Sorli και Fiscaletti θεωρούν ένα πείραμα που περιλαμβάνει το φως από δύο ρολόγια. Κάθε μηχανισμός του τικ κάθε ρολογιού αποτελείται από ένα φωτόνιο που αντανακλάται μπρος-πίσω ανάμεσα σε δύο καθρέφτες, έτσι ώστε η διαδρομή ενός φωτονίου από τον ένα καθρέφτη στον άλλο να αποτελεί ένα τικ του ρολογιού. Τα ρολόγια είναι τοποθετημένα κάθετα το ένα στο άλλο σε μια πλατφόρμα, με το ρολόι Α να είναι προσανατολισμένο οριζόντια και το ρολόι Β κάθετα. Όταν η πλατφόρμα, κινείται οριζόντια με μεγάλη ταχύτητα, τότε σύμφωνα με το φαινόμενο της συστολής στον 4D χωροχρόνο, το ρολόι Α θα πρέπει να συστέλλεται έτσι ώστε το φωτόνιο του να έχει να κάνει πιο σύντομη διαδρομή, με αποτέλεσμα να κτυπά (να κάνει τικ) ταχύτερα από ό,τι το ρολόι Β.
Όμως οι Sorli και Fiscaletti υποστηρίζουν ότι η συστολή του μήκους του ρολογιού Α και η επακόλουθη διαφορά στις τιμές των ρυθμών των τικ στα ρολόγια Α και Β δεν συμφωνούν με την ειδική σχετικότητα, η οποία υποθέτει ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Λένε λοιπόν ότι, διατηρώντας το φωτόνιο την ίδια ταχύτητα και για τα δύο ρολόγια, και τα δύο ρολόγια θα πρέπει να κτυπούν με τον ίδιο ρυθμό, χωρίς συστολή του μήκους για το ρολόι Α. Αυτοί δείχνουν με τα μαθηματικά πώς να επιλύσετε το πρόβλημα με αυτόν τον τρόπο, αντικαθιστώντας τον 4D χωροχρόνο του Minkowski με ένα 3D χώρο με τους μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου για τρεις χωρικές συντεταγμένες Χ, Υ, Ζ και, και με μια μαθηματική εξίσωση (τον φορμαλισμό του Selleri) για τη μετατροπή της ταχύτητας της μεταβολής του υλικού, η οποία είναι εντελώς ανεξάρτητη από τις χωρικές συντεταγμένες.
Ο Sorli εξήγησε ότι αυτή η ιδέα ότι και τα δύο φωτόνια στα ρολόγια χτυπούν με τον ίδιο ρυθμό, δεν είναι σε αντίθεση με τα πειράματα με τα ρολόγια που πετάνε και άλλα τεστ που έχουν μετρήσει την διαστολή του χρόνου. Αυτή η διαφορά, λέει, οφείλεται στην διαφορά μεταξύ ρολογιών με φωτόνια και των ατομικών ρολογιών.
"Ο ρυθμός στα ρολόγια με φωτόνια στα ταχύτερα αδρανειακά συστήματα δεν θα επιβραδυνθεί σε σχέση με τα ρολόγια με τα φωτόνιο σε ένα ήρεμο αδρανειακό σύστημα, διότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα”, πιστεύει. "Ο ρυθμός των ατομικών ρολογιών θα επιβραδυνθεί όμως επειδή η «σχετικότητα» των φυσικών φαινομένων ξεκινά από την κλίμακα των π μεσονίων."
Εξήγησε επίσης ότι, χωρίς τη συστολή του μήκους, η διαστολή του χρόνου υπάρχει, αλλά με διαφορετικό τρόπο από ό,τι συνήθως πιστεύεται.
"Η διαστολή του χρόνου δεν υπάρχει, με την έννοια ότι ο χρόνος ως η τέταρτη διάσταση του χώρου διαστέλλεται, με αποτέλεσμα ο ρυθμός του ρολογιού είναι πιο αργός," εξήγησε. "Η διαστολή του χρόνου σημαίνει απλώς ότι, σε ένα ταχύτερο αδρανειακό σύστημα, η ταχύτητα της μεταβολής επιβραδύνεται και αυτό ισχύει για όλους τους παρατηρητές. Τα GPS επιβεβαιώνουν ότι τα ρολόγια στους σταθμούς που βρίσκονται σε τροχιά έχουν διαφορετικές τιμές από τα ρολόγια στην επιφάνεια του πλανήτη, και η διαφορά αυτή ισχύει για τους παρατηρητές που βρίσκονται στον τροχιακό σταθμό και στην επιφάνεια του πλανήτη. Έτσι ερμηνεύεται, ότι η «διαστολή του χρόνου», δεν απαιτεί «συστολή του μήκους», που πως δείχνουμε στην εργασία μας οδηγεί σε μια αντίφαση με τα φωτεινά ρολόγια που είναι τοποθετημένα με διαφορετικό τρόπο σε ένα κινούμενο αδρανειακό σύστημα. "
Πρόσθεσε δε ότι ο εναλλακτικός ορισμός του χρόνου συμφωνεί επίσης με την έννοια του χρόνου που δίνει ο μαθηματικός και φιλόσοφος Kurt Gödel.
«Ο ορισμός του χρόνου ως μια αριθμητική σειρά αλλαγών στο χώρο αντικαθιστά την έννοια του χρόνου (που ισχύει εδώ και 106 χρόνια τώρα) ως μια φυσική διάσταση στην οποία τρέχει η μεταβολή", δήλωσε ο Sorli. "Θεωρούμε ότι ο χρόνος είναι μόνο μια μαθηματική ποσότητα της αλλαγής, που εμείς μετράμε με τα ρολόγια. Αυτό είναι σε συμφωνία με την άποψη του Gödel για τον χρόνο. Το 1949, ο Gödel είχε δημιουργήσει μια αξιόλογη απόδειξη: «Σε κάθε σύμπαν που περιγράφεται από τη θεωρία της σχετικότητας, ο χρόνος δεν μπορεί να υπάρξει» Η έρευνά μας επιβεβαιώνει την άποψη του Γκέντελ: ο χρόνος δεν είναι μια φυσική διάσταση του χώρου μέσω του οποίου θα μπορούσε κανείς να ταξιδέψει στο παρελθόν ή στο μέλλον».
Στο μέλλον, οι Sorli και Fiscaletti σχεδιάζουν να διερευνήσουν τον τρόπο με τον οποίο αυτή η άποψη του χρόνου ταιριάζει με τα ευρύτερα περιβάλλοντα. Σημειώνουν δε ότι και άλλοι ερευνητές έχουν εξετάσει την ιδέα κατάργησης του χωροχρόνου υπέρ του ξεχωριστού χώρου και του χρόνου σαν οντότητες, αλλά συχνά δείχνουν ότι η προοπτική αυτή διατυπώνεται καλύτερα στο πλαίσιο του αιθέρα, ένα φυσικό μέσο που διαπερνά όλο το διάστημα. Σε αντίθεση, οι Sorli Fiscaletti πιστεύουν ότι η ιδέα μπορεί να διαμορφωθεί καλύτερα στο πλαίσιο ενός 3D κβαντικού κενού. Αντί να βλέπουμε τον χώρο ως ένα μέσο που μεταφέρει το φως, η διάδοση του φωτός διέπεται από τις ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες (την διαπερατότητα και την διηλεκτρικότητα) του κβαντικού κενού.
"Είμαστε σε φάση ανάπτυξης ενός μαθηματικού μοντέλου, όπου η βαρύτητα είναι το αποτέλεσμα της μειωμένης ενεργειακής πυκνότητας ενός 3D κβαντικού κενού, που προκαλείται από την παρουσία ενός συγκεκριμένου αστρικού αντικειμένου ή υλικού σώματος” είπε ο Sorli. "Η αδρανειακή μάζα και η βαρυτική μάζα έχουν την ίδια προέλευση: την μειωμένη ενεργειακή πυκνότητα ενός κβαντικού κενού. Το μοντέλο αυτό δίνει ακριβείς υπολογισμούς για την μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή όπως και οι υπολογισμοί της γενικής θεωρίας της σχετικότητας ».
Για περισσότερες πληροφορίες: Amrit Sorli και Davide Fiscaletti. "Ειδική θεωρία της σχετικότητας σε ένα τρισδιάστατο ευκλείδειο χώρο." Physics Essays: March 2012, Vol. 25, No. 1, pp. 141-143. DOI: 10.4006/0836-1398-25.1.141.
Πηγή
0 σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου