Aika on outo asia. Olemme tottuneet laskemaan kelloja, mutta maailmankaikkeudessa ei ole jonkinlaista pääkelloa ja kellotaulua, mikä tarkoittaa, että voimme kokea aikaa eri tavoin, riippuen siitä, miten liikumme tai kuinka painovoima vaikuttaa meihin. Fyysikot ovat yrittäneet yhdistää kaksi suurta fysiikan teoriaa päätyäkseen siihen, että aika ei ole vain yleisesti johdonmukainen, vaan kaikki sen mittaamiseen käytettävät kellot hämärtävät ajan virtausta ympäröivässä tilassa.
Ensinnäkin, se ei tarkoita, että seinäkellosi auttaa sinua ikääntymään nopeammin. Puhumme kelloista korkean tarkkuuden kokeissa, kuten atomikellot. Ryhmä fyysikkoja Wienin yliopistosta ja Itävallan tiedeakatemiasta teki kvanttimekaniikasta ja yleisestä suhteellisuusteoriasta johtopäätökset toteamalla, että kellon tarkkuuden lisääminen samassa tilassa lisää myös ajan vääristymiä.
Pysähdytään hetkeksi ja yritetään ilmaista yksinkertaisilla sanoilla, mitä fyysikot tietävät tällä hetkellä.
Kvanttimekaniikka kuvaa maailmankaikkeutta erittäin tarkasti pienimmässä mittakaavassa, jossa kaikki menee subatomisten hiukkasten ja lyhyimmillä etäisyyksillä toimivien voimien valtakuntaan. Kaikesta tarkkuudestaan ja hyödyllisyydestään kvanttimekaniikan avulla voimme tehdä ennusteita, jotka ovat ristiriidassa jokapäiväisen kokemuksemme kanssa.
Yksi tällainen ennuste on Heisenbergin epävarmuusperiaate, jonka mukaan kun tiedät yhden parametrin suurella tarkkuudella, toisen parametrin mittaus muuttuu epätarkemmaksi. Esimerkiksi, mitä enemmän tarkennat kohteen sijaintia ajassa ja tilassa, sitä vähemmän voit olla varma sen vauhdista.
Eikä kyse ole siitä, että joku on älykkäämpi tai jollakin on paremmat laitteet - maailmankaikkeus toimii periaatteessa näin, se on perustavaa laatua. Elektronit eivät törmää protoneihin sijainnin ja liikemäärän "epävarmuuden" tasapainon vuoksi.
Toinen tapa tarkastella sitä on, että voidaksemme määrittää kohteen sijainnin äärimmäisen tarkasti, meidän on laskettava käsittämätön määrä energiaa. Hypoteettiseen kelloon sovellettuna toisen jakaminen murtoiksi kellossamme tarkoittaa, että tiedämme yhä vähemmän kellon energiasta. Ja tässä tulee yleinen suhteellisuusteoria - toinen todistettu fysiikan teoria, vain se käyttää aikaa enemmän selittääkseen kuinka massiiviset esineet vaikuttavat toisiinsa etäisyydellä.
Einsteinin työn ansiosta ymmärrämme, että massan ja energian välillä on vastaavuus, ilmaistuna kaavalla E = mc2. Energia on yhtä suuri kuin massa kertaa valon nopeuden neliö. Tiedämme myös, että aika ja tila ovat yhteydessä toisiinsa, ja tämä aika-aika ei ole vain tyhjä laatikko - massa ja siten energia voi taivuttaa aika-aikaa.
Mainosvideo:
Siksi näemme mielenkiintoisia vaikutuksia, kuten gravitaatiolinssit, kun massiiviset esineet, kuten tähdet ja mustat aukot, vääristävät valon polkua massallaan. Ja se tarkoittaa myös, että massa voi johtaa gravitaatioajan laajentumiseen, kun aika virtaa lähemmäs, lähempänä painovoiman lähdettä.
Valitettavasti vaikka kokeita tukevatkin näitä teorioita, ne tuskin pärjäävät hyvin. Siksi fyysikot yrittävät luoda uuden teorian, joka sopisi molempiin teorioihin ja olisi oikea. Näin tehdessämme jatkamme sen tutkimista, miten nämä teoriat kuvaavat samoja ilmiöitä kuin aika. Kuten itse asiassa tässä artikkelissa.
Fyysikot ovat olettaneet, että ajan tarkka mittaaminen tarkasti vaatii kasvavaa energiankulutusta, mikä vähentää automaattisesti mittausten tarkkuutta minkä tahansa ajanseurantalaitteen välittömässä läheisyydessä.
"Tuloksemme viittaavat siihen, että meidän on mietittävä ajatuksiamme ajan luonteesta, kun sekä yleinen suhteellisuusteoria että kvanttimekaniikka otetaan huomioon", sanoo tutkija Esteban Castro.
Miten tällä on vaikutusta meihin päivittäin? Kuten usein teoreettisen fysiikan kohdalla, varsinkaan mikään.
Vaikka kvanttimekaniikka soveltuu teknisesti "isoihin" asioihin, älä huoli, jos sekuntikellasi tikittyy sekunnin murto-osalla; musta aukko ei avaudu ranteeseesi. Kaikki yllä olevat johtopäätökset koskevat vain erittäin tarkkojen kokeiden kelloja, jotka ovat paljon kehittyneempiä kuin parhaillaan kehitettävät.
Mutta mitä paremmin ymmärrämme kellojen ja erityisesti ajan toimivuuden, ainakin teoriassa, sitä paremmin ymmärrämme ympäröivää maailmankaikkeutta. Eräänä päivänä ehkä ymmärrämme ajan luonteen. Tutkijoiden työ julkaistiin julkaisussa Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
ILYA KHEL