esittely
Aika näyttää meistä lineaariselta: Muistamme menneisyyden, koemme nykyisyyden ja ennustamme tulevaisuutta, liikkuen peräkkäin hetkestä toiseen. Mutta miksi se on niin, ja voisiko aika lopulta olla eräänlainen illuusio? Tässä jaksossa Nobel-palkittu fyysikko Frank Wilczek puhuu isännän kanssa Steven Strogatz Ajan monista "nuolista" ja siitä, miksi useimmat niistä vaikuttavat peruuttamattomilta, kellon olemuksesta, siitä, kuinka Einstein muutti ajan määritelmäämme, sekä odottamattomasta yhteydestä ajan ja käsityksemme välillä siitä, mitä pimeä aine voisi olla.
Kuuntele Apple Podcastit, Spotify, Google Podcastit, Kääntää tai suosikki podcasting-sovelluksesi, tai voit suoratoista se osoitteesta Quanta.
Jäljennös
STEVEN STROGATZ: Me kaikki olemme tietoisia ajan kulumisesta. Olemme tunteneet sen vuodenaikojen vaihtuessa, laulun ja tanssin rytmeissä, lasten kasvaessa ja vanhentuessa. Halusimme tai et, aika on olennainen osa elämää. Ja vuosituhansien ajan tiedemiehet ovat yleensä pitäneet aikaa yksiulotteisena asiana, nuolena, joka kulkee jatkuvasti eteenpäin, ei koskaan taaksepäin. Mutta mitä lähemmin katsomme aikaa, sitä monimutkaisemmaksi ja salaperäisemmaksi se tulee. Nykyajan tiedemiehet ovat erimielisiä siitä, onko aika tai ainakin meidän kokemuksemme siitä todellista vai illuusiota. Ehkä emme todellakaan kulje ajassa. Ehkä nykyisyys, menneisyys ja tulevaisuus ovat kaikki yhtä todellisia.
[Teematoistot]
Olen Steve Strogatz, ja tämä on "The Joy of Why", podcast Quanta-lehti, jossa isäntäkumppanini, Jana Levin, ja tutkin vuorotellen joitain tämän hetken suurimmista matematiikan ja luonnontieteiden vastattamattomista kysymyksistä.
Tässä jaksossa kysytään teoreettinen fyysikko Frank Wilczek, "Mitä on aika?" Miten olemme määritelleet sen aiemmin? Ja kuinka kvanttifysiikka voisi määritellä sen uudelleen tulevaisuudessa?
Frank on Herman Feshbachin fysiikan professori MIT:ssä, arvostettu professori Arizonan osavaltion yliopistossa ja professori Tukholman yliopistossa. Hän on voittaja 2004 Nobel-palkinto fysiikassa ja vuoden 2022 Templeton-palkinnolla. Ja hän on kirjoittanut useita kirjoja, mukaan lukien viimeksi Perusteet: Todellisuuden kymmenen avainta. Frank, tervetuloa "The Joy of Why".
FRANK WILCZEK: Kiitos. Iloinen olla täällä.
STROGATZ: No, olen erittäin iloinen voidessani jutella kanssasi taas. Pidin koko kirjastasi Perusteet, ja selitys, jonka annoit ajasta ja ajattelusta, oli minulle yksi koskettavimmista ja kauneimmista. Mutta haluaisin aloittaa eräänlaisella henkilökohtaisella kysymykselläsi aikakokemuksestasi, vain poikana ja ihmisenä, aviomiehenä, en tiedä. Miten koet ajan ihmisenä ja eroaako se siitä, miten koet sen tiedemiehenä?
WILCZEK: No, tänä vuonna olen kohdannut ajan erittäin mukavalla tavalla. Tämä, tämä on 50 vuotta sekä ensimmäisestä tieteellisestä artikkelistani että myös, ei sattumalta, avioliitostani. Siitä on 50 vuotta…
STROGATZ: (nauraa) Vau.
WILCZEK: Ja olen pohtinut ajan kulumista ja tavallaan matkustanut ajassa taaksepäin nähdäkseni uudelleen noita merkittäviä hetkiä.
Se on erittäin mielenkiintoinen kysymys, jota kysyt, että aika yhtälöissämme on… No, se on päämuuttuja, jonka alla maailma avautuu. Se on siis symboli, t, joka näkyy yhtälöissämme. Ja seuraamalla yhtälöitä, saamme vihjeitä siitä, mitä t On. Ja se kertoo sinulle, mitkä sen ominaisuudet ovat, mikä näkyy ympärillämme olevissa asioissa ja niiden käyttäytymisessä.
Mutta aika elää niin sanotusti omaa elämäänsä, koska voit keskustella sen ominaisuuksista riippumatta siitä, mihin se vaikuttaa, erityisesti sen symmetriasta.
Mutta palataksemme ajan kokemukseen verrattuna fyysiseen ajan määritelmään – asia, joka tuo ryppyn kirjaimellisesti siihen, että tallentamalla tietoa menneestä ja ajattelemalla tulevaisuutta, voimme matkustaa ajan halki fyysisellä tavalla. esineet, jotka tottelevat fysiikan yhtälöitä, eivät todellakaan.
Vain naapurit ajoissa todella puhuvat toisilleen yhtälöissä. Mutta mieleemme voimme tallentaa muistoja. Tai voimme ajatella tulevaisuutta. Voimme todella matkustaa ajassa.
STROGATZ: Sepä hienoa. Että yhtälöissä on jotain, jota katsomme vain äärettömästi eteenpäin. Kuten sanot, naapurit ajassa ratkaisevat, eikö niin? Nykyiset olosuhteet ennustavat, mitä lähihetkellä tapahtuu tulevaisuudessa.
WILCZEK: Kyllä, tällä hetkellä ymmärrettyissä peruslain puitteissa se toimii näin. On hauskaa spekuloida, että lopulta ehkä on olemassa globaalimpi rakenne, että on olemassa olosuhteita, joita emme ole vielä saaneet kiinni ja jotka tekevät universumin kehittymisestä väistämätöntä ja ainutlaatuista.
Mutta sellaisena kuin se on nyt, lait kertovat, kuinka maailman tila yhdellä hetkellä kehittyy sellaiseksi, mikä se on seuraavalla hetkellä.
STROGATZ: Mitkä ovat mielestäsi ajan suuret mysteerit?
WILCZEK: Luulen, että yksi mysteeri, joka on erittäin hedelmällinen, ja ehkä olemme edistyneet paljon selvittämisessä, on se, että fysiikan peruslait näyttävät olevan lähes palautuva ajassa, vaikka jokapäiväinen kokemus maailmasta ei ole sitä.
Tämä herättää siis kaksi kysymystä, jotka ovat: Kuinka pääset sellaisista peruslaeista, joilla on tuo palautuvuusominaisuus, kokemukseen, jota ei dramaattisesti ole?
Ja sitten, toiseksi, miksi ihmeessä laeilla oli tämä ominaisuus, kun ei vain ole välttämätöntä kuvata kokemusta, vaan se on tavallaan häpeällistä? Se asettaa ongelman, haasteen. Kuinka sovitamme yhteen lakien ominaisuuden kokemuksen kanssa, joka näyttää olevan, ellei ristiriidassa, ainakin olevan jännityksessä sen kanssa.
Nämä ovat kaksi suurta ongelmaa, jotka mielestäni on itse asiassa suurelta osin ratkaistu, mutta silti erittäin hedelmällisiä, varsinkin ensimmäinen: Miksi lait ovat sellaisia?
Ja sitten vielä suurempi ongelma, joka - tai vieläkin mysteerisempi ja syvällisempi ongelma on tapa, jolla muotoilemme kuvauksemme maailmasta nyt - lakeja, jotka kertovat kuinka maailma kehittyy hetkestä hetkeen - on se, että saattaa loppuun?
Se vaikuttaa tavallaan filosofisesti epätyydyttävältä, koska se jakaa maailmankuvauksen kahteen osaan. Toinen on yhtälöt ja toinen on maailman tila kerrallaan, johon sinun on jotenkin ruiskutettava saadaksesi asiat käyntiin.
STROGATZ: Joten katsotaan saanko tämän. Kysymykset ovat jotain siitä, miksi laeilla on tämä lähes palautuvuusominaisuus.
WILCZEK: Joo.
STROGATZ: Voisimme esittää kysymyksen "yhtälöt vs. alkuehdot".
WILCZEK: Kyllä kyllä.
STROGATZ: Jotkut ihmiset tietävät, että sanot alkuehdot sanomatta sitä.
WILCZEK: Oikein.
STROGATZ: Ja siellä on myös tämä ammattikieltä, "ajan nuoli”, noin - että kokemuksessamme tuntuu, että aika virtaa vain eteenpäin. Ja sanot, että ihmisestä tuntuu, että sillä on hyvä resoluutio. Luulemme ymmärtävämme ajan nuolen.
WILCZEK: Luulen niin. Se on pitkä tarina, joka on tullut entistä vakuuttavammaksi ajan myötä. Mutta mielestäni on ilmeisesti monia erilaisia ajan nuolia, monia erilaisia tapoja, joilla tulevaisuus eroaa menneisyydestä. Toki psykologinen ilmiö on olemassa. Myös termodynamiikan toinen pääsääntö. Se kertoo, että asiat muuttuvat satunnaisemmiksi, karkeasti sanottuna, mutta sillä on myös tarkka muotoilu. Siellä on ajan säteilyn nuoli, sillä säteilyllä on taipumus mennä ulos asioista eikä tulla sisään. Tämä ajan nuoli liittyy elämän evoluutioon. Ja monia muita, joita voit keksiä lennossa. Mihin tahansa katsot, on ajan nuolia. Tulevaisuuden ja menneisyyden välillä on epäsymmetriaa.
Mutta mielestäni ne kaikki nyt - voimme kääriä ne kaikki yhteen nuoleen. Aivan kuten "yksi rengas, joka hallitsee heitä kaikkia", on yksi nuoli, joka hallitsee heitä kaikkia, ja se on ajan kosmologinen nuoli.
Voit siis sanoa, että olemme ratkaisseet mysteerin, mutta mielestäni olisi tarkempaa sanoa, että olemme käärineet kaikki mysteerit yhdeksi, mikä on: Miksi alkuräjähdys alun perin tapahtui?
Painovoima tykkää asioiden paakkuuntumisesta, mutta alkuräjähdyksen aikaan alkanut maailmankaikkeus avaruudessa oli hyvin, hyvin yhtenäinen. Painovoima oli siis kaukana tasapainosta. Ja mitä on tapahtunut siitä lähtien, painovoima kamppailee tasapainon palauttamiseksi.
Joten aine laajenee ja jäähtyy, ja sitten se paakkuuntuu ja tekee (lopulta) tähtiä, jotka alkavat vapauttaa ydinenergiaa ja planeettoja, joilla olennot voivat kehittyä. On olemassa hyvin uskottava tarina, joka on runsaasti yksityiskohtainen ja joka kohdistaa kaikki nuolet tuon yhden kosmisen evoluution nuolen kanssa.
STROGATZ: Minusta on hyvin – en edes varma, minkä adjektiivin käyttäisin tätä, mutta ajatus siitä, että kokemuksemme ajasta virtaavana vain nykyhetkestä tulevaisuuteen ja että munat eivät sekoittele itseään ja sellaista, että tämä on jotenkin sidottu koko maailmankaikkeuden evoluutioon sen kuumasta yhtenäisestä tilasta sen nykyiseen möykkyiseen, galaksikuormitettuun tähteen… On vain villiä ajatella, että niin kaukaiselta vaikuttavat asiat vaikuttavat selkäkipuihini nyt, kun olen vanha mies, tiedätkö? Ihan oikeasti, eikö? Loppujen lopuksi se on se, mitä tarkoitat.
WILCZEK: Se ei todellakaan ole ilmeinen tarina, ja ilman todisteita, joita on kehitetty koko modernin tieteen aikana, se olisi uskomatonta. Joten se on aivan hämmästyttävää.
STROGATZ: Jos asiat eivät muuttuisi – kuten jos voisimme kuvitella jonkin ajatuskokeilun, jossa mikään ei muutu, olisiko aikaa vielä olemassa? Onko aika erillään tapahtumista? Vai onko aika jonkinlainen mittari sille, että asiat muuttuvat?
WILCZEK: No, voit varmasti kuvitella – ja itse asiassa voit rakentaa fysiikan peruslakien ratkaisuja – niin sopusoinnussa kaikkien niiden perusperiaatteiden kanssa, joita tiedämme, missä mitään ei tapahdu, ja t on edelleen näiden yhtälöiden ainesosa -
STROGATZ: Olisiko tyhjällä universumilla vielä aikaa?
WILCZEK: Kyllä, aika olisi vielä yhtälöissä. Ja voit kysyä jopa tuossa tilanteessa kysymyksen, mitä tapahtuisi, jos tekisit vähän häiriötä tässä yleismaailmallisessa tasapainossa? Ja sitten paljastettaisiin aika. Aika olisi siis tavallaan piilevää, mutta se näyttäisi silti tarpeelliselta muotoilla, mikä tilanne on. Puhumme jostakin ajasta riippumattomasta, mutta et voi muotoilla sitä sanomatta, että on jotain, josta se olisi voinut riippua, ettei se ole.
STROGATZ: Se on jo mielenkiintoinen vastaus. Olen hieman yllättynyt, että sanot sen. Tarkoitan, että pidät filosofiasta, muistaakseni. Luulen, että olet opiskellut vähän filosofiaa, eikö niin?
WILCZEK: Hyvin amatöörimäisellä tavalla. Mutta itse asiassa olen miettinyt tätä viime aikoina teknisellä tasolla. Mutta ajattele jokea, joen virtausta. Voit kuvitella kaksi erilaista kuvausta joesta, joka virtaa hyvin säännöllisesti.
Joten yhdessä kuvauksessa, jota kutsutaan teknisesti Euler-kuvaukseksi, määrität, mikä virtausnopeus on kussakin paikassa, ja se antaisi sinulle täydellisen kuvauksen joen virtauksesta. Ja jos virtaus on säännöllistä, se ei voi olla mitään. Nopeudet eivät muuttuisi ajan kuluessa.
STROGATZ: Oikea.
WILCZEK: On kuitenkin olemassa toinen kuvaus, joka liittyy Lagrangen nimeen. Se on eräänlainen sisätilojen kuvaus, jossa seuraat yksittäisten vesimolekyylien virtausta. Ja sitten nuo näytteet liikkuvat paikallisella nopeudella. Ja kun aika kuluu, he ovat eri paikassa, joten he näkevät eri nopeuden. Vaikka nopeus oli alun perin paikan, mutta ei ajan funktio. Mutta sisältä katsottuna, kun seuraat itse virtaa, silloin asioita tapahtuu.
Joten molemmat kuvaukset ovat päteviä. Jos kutsumme tätä jokea maailmankaikkeudeksi, universumi ei tietyssä mielessä muutu. Mutta kuten sisältä on koettu, se on muuttumassa. Sinulla on runsaasti tilaa dynaamiselle kehitykselle, kun olet joen sisällä ja kuljet virran mukana.
Ja luulen, että se voi olla syvällä tasolla sitä, mitä universumissa tapahtuu. Jos haluat saada sisätilojen kuvauksen - Lagrangin kuvauksen, toisin kuin Euler-kuvauksen - se ei ole ristiriitainen. Se on vain erilainen tapa katsoa samaa kohdetta, samaa todellisuutta sisältä tai ulkoa. Ihmisen näkemys vastaan jumalan näkemys.
STROGATZ: Haluan tutkia kanssasi erilaisia ajatuksia tieteen historiassa, kun siirrymme esimerkiksi Newtonista Einsteiniin. Mutta tällä hetkellä haluaisin vain kysyä teiltä - ja on tietysti hauskaa, että puhumme jatkuvasti ajasta keskustellessamme ajasta. Kuten sanon: "Tällä hetkellä aion kysyä sinulta kysymyksen ajasta."
WILCZEK: On vaikea paeta, eikö?
STROGATZ: On vaikea paeta!
WILCZEK: Niin he sanovat. Jos se on illuusio, se on melko vakuuttava illuusio.
STROGATZ: Se on erittäin vakuuttava illuusio. Joten tässä oli se, mitä tavoittelin: Einsteiniin, tiedämme, vaikutti paljon Mach-niminen tiedemies/filosofi, Ernst Mach. Puhumme Machin numerosta äänessä, mutta se on sama Mach. Okei, mutta niin: Mach. Oliko tämä kaveri erittäin kiinnostunut asioiden operatiivisista määritelmistä. Joten Einstein, joka istuu siellä patenttitoimistossa ja ajattelee aikaa, alkaa sanoa: "Aika on se, mitä kellot mittaavat."
Ja kirjoitat siitä paljon Perusteet, ja se oli mielestäni erittäin mielenkiintoinen näkemys asioista. Haluatko - voitko käyttää tätä ideaa? Pitäisikö meidän ajatella aikaa kellojen mittaamana, toisin kuin jokin hämärämpi ajan määritelmä?
WILCZEK: No, luulen niin, jos haluamme ajatella tieteellisesti ja hedelmällisesti aikaa perustasolla. Mutta täsmennetään sitä hieman.
STROGATZ: Vaatii hieman purkamista.
WILCZEK: Englanninkielinen sana "time" kattaa paljon maaperää ja sitä voidaan käyttää eri merkityksissä, kuten "energia", OK? Energia tarkoittaa jotain hyvin erityistä tieteellisessä keskustelussa. Mutta yleisessä kielessä sillä on paljon laajempi merkitys, jolla on myös sumeita reunoja.
Joten samalla tavalla kuin ajan kanssa, kun sanon "aika on se, mitä kellot mittaavat", tarkoitan tieteellistä ajan käsitettä, joka on äärimmäisen hedelmällistä ja joka voidaan viedä hyvin pitkälle suurella tarkkuudella. Ja ymmärtääksesi tämän lausunnon oikein, sinun on myös laajennettava käsitettä siitä, mikä kello on.
Kello on mikä tahansa maailmassa, joka muuttuu millä tahansa tavalla, koska lait on muotoiltu sen mukaan, kuinka asiat muuttuvat tämän muuttujan funktiona. t. Ja kaikki muuttuu, ja asiat muuttuvat eri tavoin. He liikkuvat. Ne käyvät läpi kemiallisia reaktioita. Ne vanhenevat biologisessa mielessä. Ja merkittävä väite on, että tämä yhtälöiden muuttuja on kaiken taustalla.
Joten sinulla voi olla kelloja, jotka toimivat hyvin, hyvin erilaisilla periaatteilla. Sinulla voi olla asioita, jotka valvovat maan liikettä auringon ympäri. Sinulla voi olla asioita, jotka valvovat veden virtausta, vesikelloja. Sinulla voisi olla katseluun perustuva kello kuinka joku vanhenee, ihminen vanhenee. Se ei olisi kovin tarkka kello, mutta periaatteessa, ja jos syventyisit biokemiaan, sen voisi tarkentaa. Useita, monia erilaisia kelloja, mutta ne ovat kaikki sopusoinnussa keskenään.
Joten kun sanon, että aika on se, mitä kellot mittaavat, se on enemmän kuin toiminnallinen lausunto. Siinä on hyvin ei-triviaalista sisältöä. Siinä sanotaan, että kaikki oikein kalibroidut ja ymmärretyt kellot, riippumatta siitä, mihin periaatteeseen ne perustuvat, voivat päästä johdonmukaiseen yhteisymmärrykseen kellonajasta.
STROGATZ: Palaamme takaisin.
[Tauko mainoksen lisäämistä varten]
STROGATZ: Tervetuloa takaisin "The Joy of Why".
Vaihtaessani hieman filosofiasta tieteen historiaan, minusta näyttää siltä, että suuri osa tieteen menestystarinasta, erityisesti siinä, mitä usein kutsumme 1600-luvun ja myöhemmin tieteelliseksi vallankumoukseksi, liittyi kyky aloittaa ajan mittaaminen melko hyvin. Ei ole sattumaa, että Galileo ja Huygens ja Newton ja heidän seuraajansa olivat samaan aikaan kun hyviä heilurikelloja alettiin valmistaa. Ja että voit saada liikelait niin, että sinulla olisi ollut vaikeuksia saada niitä ennen kuin sinulla olisi ollut hyviä ajanottolaitteita.
Onko se sinun mielestäsi oikein? Että tieteellisen edistymisemme riippui todella kyvystä mitata aikaa hyvin?
WILCZEK: Varmasti auttoi. Ja varsinkin jos laajennat ajan määritelmää sisältämään planeettojen säännöllisen liikkeen, kuten Keplerin lain, jonka mukaan planeetat pyyhkäisevät pois yhtä suuret alueet yhtä aikaa. Ja tietysti tämä havainto oli keskeinen Keplerin lakien muotoilussa, mikä yhdessä Galileon heiluri- ja putoavien kappaleiden tutkimuksen kanssa johti tieteellisen vallankumouksen huipulle: Newtonin klassisen mekaniikan ja painovoiman lakien muotoiluun. Niin, että kaikki perustuu pitkälti ajatuksille, jotka laajasti ottaen toivat aikaan.
STROGATZ: Jos siis kelaamme eteenpäin – tietysti pitäen edelleen kiinni näistä aikasanoista täällä – zoomaamme nyt eteenpäin Einsteiniin. Einsteinissa alamme todellakin saada hyvin outoja asioita – monille ihmisille tapahtuu ristiriitaisia asioita.
WILCZEK: No, muotoillessaan rikkaampaa kuvausta gravitaatiovuorovaikutuksesta, joka ylittää Newtonin ymmärryksen, ja jo ennen sitä yrittäessään tehdä oikeutta sähködynamiikan yhtälöiden symmetrialle, Einstein joutui joustavampaan aikakäsitykseen.
Aloitan siis erityisestä suhteellisuusteoriasta, joka oli historiallisesti ensimmäinen. Jos olet suljetussa laboratoriossa ja tekisit vain kokeita laboratorioissa, jotka liikkuvat suhteessa toisiinsa vakionopeudella, päätyisit samoihin lakeihin riippumatta siitä, mikä nopeus on. Se on erityissuhteellisuusteorian ydin. Mutta tehdä niin, käy ilmi, että mitä yksi kaveri kutsuu aikaa, toinen kaveri kutsuu tilan ja ajan sekoitukseksi. Se on matemaattisesti yksinkertainen sekoitus. Sitä me kutsumme lineaariseksi yhdistelmäksi, mutta se on ehdottomasti tilan ja ajan sekoitus. Joten tämä esittelee ajatuksen siitä, että aika on joustavuus määriteltävä.
Voit saada voimassa olevat fysiikan lait samalla sisällöllä käyttämällä jompaakumpaa aikaa t tai eri aikaan, t $lateksi ^{prime}$ [t-prime], se on sekoitus t ja x, Jossa x on asema. Se oli siis erityinen suhteellisuusteoria.
Ja sitten se oli iso yllätys. koska esimerkiksi Newton piti aikaa yhtenä asiana. Newton oli hyvin pitkälti teologi ja ajatteli hyvin paljon, että se, mitä hän teki työssään, ymmärsi kuinka Jumala toimii. Ja hän ajatteli, että Jumala pakotti psykologisen aikansa maailmaan, luulen. Ajatus siitä, että ajalle voisi olla erilaisia päteviä määritelmiä, olisi ollut hyvin vieras Newtonille.
Mutta niin Einstein oletti, ja sen avulla voit saada erittäin kauniita muotoja fysiikan laeista ja löytää niistä säännönmukaisuuksia, joita muuten olisi hyvin vaikea löytää.
Ja sitten yleisessä suhteellisuusteoriassa se muuttuu vielä oudommaksi, koska annat eri ihmisten eri paikoissa valita omansa. t versio, mikä näistä ajoista valita. Sitä kutsutaan paikalliseksi Lorentzin invarianssiksi. Jokainen voi valita oman yhdistelmänsä tilaa ja aikaa käyttääkseen. Ja yhtälöt on muotoiltava siten, että ne sallivat nämä valinnat. Niissä on niin sanottu symmetria. Vaikka yhtälöiden muotoilu näyttää hyvin erilaiselta, jos ihmiset tekevät erilaisia valintoja, niiden sisältö on sama. Ja vain hyvin erityisillä yhtälöillä on tämä ominaisuus.
Ja Einstein pystyi uskomattomassa nerossa – tuosta periaatteesta – johtamaan parannetun painovoimateorian. Aika sulautuu tilaan, ja koko aika-avaruus voi kaareutua. Nämä vaikutukset ovat hyvin, hyvin pieniä laboratoriomittakaavassa. Mutta kun puhutaan makroskooppisista mittakaavista – Maan ja Maan gravitaatiokentän tai maailmankaikkeuden mittakaavasta tai hyvin äärimmäisissä olosuhteissa, kuten missä on hyvin valtavia massapitoisuuksia, jotka kaarevat avaruutta mustissa aukoissa. Silloin joustavammat, taipuisat tai jopa nesteytetyt ajan muodot tulevat omakseen.
STROGATZ: Hmm. Tarkoitan, että on monia suhteellisuustestejä, kokeiluja atomikellojen kuljettamisesta lentokoneissa. Jos ihmiset eivät ole kuulleet näitä asioita, joita juuri mainitsit, se luultavasti kuulostaa melko fantastiselta. Mutta meillä on erittäin hyvät, vahvat todisteet siitä, että ne kaikki ovat totta, mukaan lukien jopa GPS-laitteet joita käytämme autoissamme. Tiedätkö, tarkoitan, jos yleistä ja erityistä suhteellisuusteoriaa, jos emme ota huomioon niitä…
WILCZEK: No, GPS ei toimisi, koska on erittäin tärkeää saada aika tarkasti GPS:ssä. GPS-järjestelmän toiminnassa käytetään erittäin tarkkaa ajoitusta etäisyyksien päättelemiseen luottaen siihen, että valon nopeus on universaali vakio. Yksinkertaistan hieman liikaa, mutta tämä on periaatteessa totuus, joo.
Ja koska valon nopeus on hyvin, hyvin suuri verrattuna arjen nopeuksiin, hyvin pienet virheet ajan mittauksessa heijastuvat merkittäviksi etäisyyden muutoksiksi. Joten jos teet pieniä virheitä siinä, miten käsittelet aikaa, ne suurentuvat paljon suuremmiksi virheiksi, tärkeiksi virheiksi avaruudessa. Sinun on siis oltava todella tarkka ajan käsittelyssä, jotta GPS:stä tulee hyödyllinen järjestelmä.
STROGATZ: Totta, se tosiasia, että satelliitit ovat korkealla, missä gravitaatiokenttä on heikompi. Tiedätkö, kaikki nämä satelliitit ovat osa GPS-järjestelmää, ja ne liikkuvat melko nopeasti siellä. Kaikki nuo asiat on otettava huomioon ja korjattava, ja mielestäni se on vain loistava esimerkki siitä, kuinka saatat ajatella, että Einsteinissämme on vain mustia aukkoja tai koko maailmankaikkeus, mutta -
WILCZEK: No, on todella merkillistä, että jos palataan Einsteinin alkuperäiseen erityiseen suhteellisuusteoriapaperiin, hän puhuu halutessaan eri asemien synkronoinnista ja korreloinnista, jotta he voivat sopia tilan ja ajan määritelmästä. Ja pienellä huumorintajulla voit nähdä, että se, mitä hän kuvailee, on GPS-järjestelmä.
STROGATZ: Wow.
WILCZEK: Tiedäthän, ihmiset liikkuvat sauvojen ja kellojen kanssa ja käyttävät valonnopeutta keinona synkronoida ja, ja sitten mitata etäisyyttä. Se on juuri - se on GPS-järjestelmä, eikö niin.
STROGATZ: Voi, en ole koskaan ajatellut tätä. Haluan kysyä teiltä niin monia asioita. Entä pimeä aine? Tiedän, että se on yksi suosikeistasi. Kuunnellaan siitä. Mitä tekemistä pimeällä aineella on ajan kanssa?
WILCZEK: Loogisesti sillä on parhaimmillaankin heikko yhteys aikaan, mutta se on erittäin mielenkiintoinen tarina, joka on erittäin jännittävä ja olen tällä hetkellä vahvasti mukana. Niin pimeä aine on havainto, että on olemassa kokonainen ilmiöiden verkosto, jossa näyttää olevan enemmän painovoimaa, enemmän gravitaatiovoimaa kuin voimme jäljittää aineen läsnäoloon.
Näyttää hyvin paljon siltä, että se voisi olla uudenlainen hiukkanen, joka vain sattuu olemaan vuorovaikutuksessa hyvin, hyvin heikosti sen tyyppisten aineiden kanssa, joiden kanssa olemme olleet tekemisissä vuosikymmeniä, mutta silti kohdistaa painovoimaa. Ja luulen tietäväni, mikä se on, ja vallitsee eräänlainen yksimielisyys siitä, että tämä on hyvä idea - jotain, jota kutsutaan aksioneiksi. Ja nyt vihdoin tulee yhteys aikaan.
Aksionit tuotiin fysiikkaan ei keinona luoda pimeää ainetta, vaan keinona käsitellä lakien outoa ominaisuutta: että ne ovat lähes samat tai niillä on lähes sama sisältö, jos ajan suuntaa muutetaan. Joten vaikka makroskooppinen kokemus ei toimi sillä tavalla, mikroskooppiset lait käyttäytyvät sillä tavalla.
Miksi? Meillä on siitä erittäin mukava tarina.
Suhteellisuus- ja kvanttimekaniikan periaatteet ja standardimallin syvät symmetriat – niin sanotut mittasymmetriat, jotka hallitsevat muiden voimien olemusta – rajoittavat voimakkaasti aineella mahdollisesti esiintyviä vuorovaikutuksia. Joten jos oletat, että nämä periaatteet ovat oikein, saat voimakkaita rajoituksia fysiikan laeille.
Ja käy ilmi, että näiden rajoitusten lähes sattumanvaraisena seurauksena lait kulkevat lähes samalla tavalla eteenpäin ja taaksepäin ajassa. Se on siis valtava teoreettisen ymmärryksen voitto.
Mutta se ei ole aivan valmis. Ja on yksi vuorovaikutus, joka on sopusoinnussa peruslakien, perusperiaatteiden kanssa, minun pitäisi sanoa, että se noudattaisi kaikkia noita periaatteita, mutta joka ei ole peruttavissa ajassa. Ja on havaittu, että tämä vuorovaikutus on myös hyvin, hyvin pientä.
Sen ymmärtämiseksi syvällisellä tavalla johtava ajatus on ottaa käyttöön toinen suuri periaate. Tämä on jotain ns Peccei-Quinn-symmetria jälkeen fyysikot, jotka esittelivät sen.
Sitten jotkut meistä ymmärsivät, että tämän uuden periaatteen seurauksena on ennustus, että on olemassa uudenlainen hiukkanen, jota kutsun aksioniksi ja jolla on aivan merkittäviä ominaisuuksia. Sen ennustetaan olevan hyvin, hyvin heikosti vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa. Ja sitten ymmärrämme, että jos ajetaan yhtälöt läpi alkuräjähdyksen, se tuotetaan juuri oikealla tavalla tähtitieteilijöiden havaitseman pimeän aineen valmistamiseksi.
On vähintäänkin erittäin rohkaisevaa, että se ratkaisee automaattisesti tämän toisen kosmologisen ongelman. Ja ihmeellinen asia, joka on tapahtunut viime vuosikymmeninä – mutta varsinkin nyt kiihtyvällä tahdilla – on se, että on mahdollista suunnitella kokeita, jotka havaitsevat ne, jos ne ovat siellä.
Kokeilut ovat erittäin vaikeita. Se on kuin neutriinojen havaitsemisen ongelma, mutta vaikeampaa – ehkä kun opimme oikeat temput, se ei enää näytä niin vaikealta. Mutta näitä kokeita tehdään. Tiedämme paljon enemmän 10-XNUMX vuoden kuluttua.
STROGATZ: Pidän siitä, että päätät esityksemme tähän viidestä kymmeneen vuoteen, koska haluan päätellä jonkinlaiseen toivottavasti koskettavaan tai tunteelliseen säveleen, että suuri osa työstä, josta olet erityisen tunnettu, sinulla on Nobel-palkinnon, oli urasi alussa. Eikö olisikin ilahduttavaa, jos 10-10 vuoden kuluttua nämä aksiaalit mitataan ja todetaan juuri oikeaksi.
WILCZEK: Se piristäisi päivääni. Toivottavasti se ei olisi urani loppu, mutta se piristäisi varmasti päivääni.
STROGATZ: Olen hyvin innoissani, että sain puhua kanssasi taas, Frank. Joten olemme puhuneet teoreettisen fyysikon Frank Wilczekin kanssa ajan mysteeristä ja kauneudesta. Frank, kiitos paljon, että olit kanssamme tänään.
WILCZEK: Kiitos. Se on kunnia ja etuoikeus, kuten he sanovat.
[Teematoistot]
STROGATZ: Kiitos kuuntelemisesta. Jos nautit "The Joy of Why" -kappaleesta etkä ole vielä tilannut, paina tilaus- tai seuraa-painiketta, jossa kuuntelet. Voit myös jättää arvostelun esityksestä. Se auttaa ihmisiä löytämään tämän podcastin.
"The Joy of Why" on podcastilta Quanta-lehti, toimituksellisesti riippumaton julkaisu, jota tukee Simonsin säätiö. Simons Foundationin rahoituspäätöksillä ei ole vaikutusta aiheiden valintaan, vieraisiin tai muihin toimituksellisiin päätöksiin tässä podcastissa tai Quanta-lehti.
"The Joy of Why" on tuottanut PRX Productions. Tuotantotiimi on Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler ja Merritt Jacob. PRX Productionsin vastaava tuottaja on Jocelyn Gonzales. Morgan Church ja Edwin Ochoa tarjosivat lisäapua.
alkaen Quanta-lehti, John Rennie ja Thomas Lin tarjosivat toimituksellisia ohjeita Matt Carlstromin, Samuel Velascon, Nona Griffinin, Arleen Santanan ja Madison Goldbergin tukemana.
Teemamusiikkimme on APM Musicilta. Julian Lin keksi podcastin nimen. Jakson kuvataide on Peter Greenwood ja logomme ovat Jaki King ja Kristina Armitage. Erityinen kiitos Columbia Journalism Schoolille ja Bert Odom-Reedille Cornell Broadcast Studiosilla.
Olen isäntäsi, Steve Strogatz. Jos sinulla on meille kysymyksiä tai kommentteja, lähetä meille sähköpostia osoitteeseen . Kiitos kuuntelemisesta.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.quantamagazine.org/what-is-the-nature-of-time-20240229/
- :on
- :On
- :ei
- :missä
- ][s
- $ YLÖS
- 10
- 2022
- 50
- a
- kyky
- pystyy
- Meistä
- ehdottomasti
- kiihtyvä
- onnettomuus
- satunnainen
- Tili
- tarkka
- säädökset
- todella
- Ad
- lisä-
- osoitteet
- käsitellään
- vaikuttavat
- Jälkeen
- uudelleen
- ikä
- Ages
- sopimus
- eteenpäin
- Lentokoneet
- ulkomaalainen
- Kohdistaa
- Kaikki
- sallia
- mahdollistaa
- melkein
- pitkin
- jo
- Myös
- Vaikka
- amatööri
- an
- ja
- vuosipäivä
- Toinen
- vastaus
- Kaikki
- enää
- mitään
- sovelluksen
- näyttää
- näyttää
- omena
- OVAT
- alueet
- arizona
- noin
- Art
- AS
- kysyä
- Apu
- liittyvä
- olettaa
- At
- atomi-
- kirjoittaja
- automaattisesti
- tietoinen
- takaisin
- perustua
- perustiedot
- Pohjimmiltaan
- BE
- kaunis
- Kauneus
- koska
- tulevat
- tulee
- ollut
- ennen
- alkaa
- Alku
- käyttäytyminen
- ovat
- taipuva
- PARAS
- välillä
- Jälkeen
- Iso
- Alkuräjähdys
- suurempi
- Suurimmat
- Bitti
- Musta
- mustat aukot
- elimet
- kirja
- Kirjat
- sekä
- Tauko
- lähettää
- laajentaa
- laajempaa
- laajasti
- Brock
- toi
- mutta
- nappia
- by
- soittaa
- nimeltään
- Puhelut
- tuli
- CAN
- Voi saada
- kiinni
- Ura
- kuljettaa
- kuljettaa
- autot
- keskeinen
- varmasti
- haaste
- muuttaa
- muuttunut
- Muutokset
- muuttuviin
- chattailuun
- kemiallinen
- valintoja
- Valita
- kirkko
- Clearing
- kello
- Kellot
- suljettu
- lähempänä
- Yhteisisäntä
- COLUMBIA
- yhdistelmä
- Tulla
- tulee
- kommentit
- Yhteinen
- verrattuna
- täydellinen
- monimutkainen
- käsite
- päättelee
- olosuhteet
- liitäntä
- Yhteisymmärrys
- seuraus
- näkökohdat
- johdonmukainen
- vakio
- rakentaa
- pitoisuus
- tausta
- Cornell
- korjata
- korjattu
- korreloivat
- voisi
- Kurssi
- Covers
- olentoja
- Nykyinen
- käyrä
- tanssi
- tumma
- Pimeä aine
- päivä
- tekemisissä
- vuosikymmeninä
- päätökset
- syvä
- määritelty
- määrittelemällä
- ehdottomasti
- määritelmä
- määritelmät
- ihana
- ajelehtia
- kuvata
- kuvataan
- kuvaus
- Malli
- yksityiskohtainen
- havaita
- kehitetty
- Kehitys
- Laitteet
- DID
- eri
- vaikea
- suunta
- pohtia
- keskustelu
- etäisyys
- hienostunut
- jaettu
- jakaa
- do
- ei
- ei
- tekee
- Dont
- alas
- rajusti
- kukin
- Varhainen
- Varhainen universumi
- maa
- Pääkirjoitus
- Edwin
- vaikutukset
- Munat
- Einstein
- myöskään
- syntymässä
- rohkaiseva
- loppu
- energia
- Englanti
- nauttimassa
- episodi
- yhtäläinen
- yhtä
- yhtälöt
- Tasapaino
- virheet
- paeta
- erityisesti
- ydin
- Jopa
- Tapahtumat
- lopulta
- EVER
- Joka
- arjen
- kaikki
- kaikkialla
- näyttö
- evoluutio
- kehittää
- täsmälleen
- esimerkki
- jännittävä
- johtaja
- Vastaava tuottaja
- olla
- laajenee
- experience
- kokenut
- kokeilu
- kokeiluja
- selitys
- tutkia
- Tutkiminen
- äärimmäinen
- erittäin
- silmä
- tosiasia
- Falling
- outo
- paljon
- FAST
- Suosikki
- suosikkeja
- saavutus
- tuntuu
- virhe
- harvat
- ala
- Vihdoin
- Löytää
- Etunimi
- viisi
- Joustavuus
- joustava
- virtaus
- Virtaava
- virrat
- seurata
- jälkeen
- varten
- voima
- Joukot
- lomakkeet
- muotoilu
- Eteenpäin
- löytyi
- perusta
- Puitteet
- vilpitön
- alkaen
- hedelmällinen
- hauska
- toiminto
- perus-
- rahoitus
- hauska
- tulevaisuutta
- arvioida
- antoi
- vaihdetta
- general
- yleensä
- tuottaa
- nero
- saada
- saa
- saada
- Antaa
- Global
- Go
- Hyvä
- Goes
- menee
- hyvä
- sai
- hallita
- GPS
- painovoiman
- painovoima
- suuri
- Greenwood
- Griffin
- Maa
- Kasvava
- vieraat
- ohjaus
- Kaveri
- HAD
- tapahtua
- tapahtui
- Happening
- tapahtuu
- onnellinen
- Kova
- kovemmin
- Olla
- he
- kuulla
- kuuli
- raskaasti
- auttanut
- auttaa
- tätä
- Korkea
- vihjeitä
- hänen
- historiallisesti
- historia
- Osuma
- Holes
- kunnia
- toivoa
- Toivon mukaan
- isäntä
- KUUMA
- Miten
- Miten
- Kuitenkin
- HTTPS
- ihmisen
- huumori
- i
- ajatus
- if
- Illuusio
- kuvitella
- tärkeä
- vaikuttava
- parani
- in
- sisältää
- Mukaan lukien
- uskomaton
- itsenäinen
- henkilökohtainen
- väistämätön
- vaikutus
- vaikuttaneet
- tiedot
- ensimmäinen
- pistää
- sisällä
- esimerkki
- olla vuorovaikutuksessa
- vuorovaikutus
- vuorovaikutukset
- kiinnostunut
- mielenkiintoinen
- sisusta
- tulee
- esitellä
- käyttöön
- Esittelee
- osallistuva
- IT
- SEN
- itse
- Jaakob
- ammattikieli
- Johannes
- journalismi
- ilo
- vain
- Oikeudenmukaisuus
- Pitää
- pitää
- avaimet
- Lasten
- laji
- erilaisia
- kuningas
- Tietää
- tunnettu
- laboratoriot
- laboratorio
- Kieli
- suuri
- suureksi osaksi
- Sukunimi
- myöhemmin
- Laki
- Lait
- johtava
- OPPIA
- vähiten
- jättää
- Led
- antaa
- Taso
- elämä
- valo
- pitää
- tykkää
- lin
- lineaarinen
- Kuunteleminen
- vähän
- paikallinen
- loogisesti
- logo
- Pitkät
- katso
- Katsoin
- näköinen
- ulkonäkö
- Erä
- rakastettu
- tehty
- aikakauslehti
- tehdä
- TEE
- mies
- monet
- monet ihmiset
- Massa
- mestari
- matematiikka
- matemaattisesti
- matta
- asia
- Saattaa..
- ehkä
- me
- tarkoittaa
- merkitys
- välineet
- mitata
- mittaus
- mittaus
- mekaniikka
- Muistoja
- mainita
- mainitsemisen
- mikroskooppinen
- ehkä
- mielet
- virheitä
- MIT
- seos
- malli
- Moderni
- hetki
- Moments
- monitori
- lisää
- Morgan
- eniten
- liike
- liikkua
- liikkuvat
- paljon
- Musiikki
- my
- salaperäinen
- Mysteeri
- nimi
- nimetty
- luonto
- lähes
- välttämätön
- tarpeet
- naapuri-
- naapurit
- verkko
- neutriinot
- ei ikinä
- Uusi
- Newton
- seuraava
- mukava
- Nro
- Nobel palkinto
- etenkin
- huomata
- ei mitään
- nyt
- ydin-
- numero
- objekti
- esineet
- havainto
- Ilmeinen
- OCHOA
- of
- Office
- usein
- oh
- Okei
- Vanha
- vanhempi
- on
- kerran
- ONE
- vain
- toiminta-
- vastakkainen
- or
- tilata
- tavallinen
- alkuperäinen
- alun perin
- Muut
- Muuta
- muuten
- meidän
- ulos
- yli
- oma
- Paperi
- osa
- kulku
- Ohimenevä
- Ohi
- patentti-
- Ihmiset
- ehkä
- henkilö
- henkilöstö
- Pietari
- ilmiö
- filosofisesti
- filosofia
- fyysinen
- fyysikko
- Fysiikka
- poimia
- kappaletta
- huippu
- Paikka
- paikat
- Planeetat
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- uskottava
- soittaa
- Ole hyvä
- paljon
- podcast
- Podcasting
- aiheuttaa
- sijainti
- mahdollinen
- voimakas
- tarkka
- Tarkkuus
- ennustaa
- ennusti
- ennustus
- läsnäolo
- esittää
- parhaillaan
- aika
- periaate
- periaatteet
- etuoikeus
- palkinto
- todennäköisesti
- Ongelma
- ongelmia
- valmistettu
- tuottaja
- tuotanto
- tuotannot
- Opettaja
- syvällinen
- Edistyminen
- asianmukaisesti
- ominaisuudet
- omaisuus
- suojattu
- mikäli
- psykologinen
- Julkaisu
- laittaa
- saada
- Kvantamagatsiini
- Kvantti
- Kvanttimekaniikka
- kvanttifysiikkaa
- kysymys
- kysymykset
- melko
- satunnainen
- hinta
- reaktiot
- todellinen
- Todellisuus
- ymmärtää
- tajusi
- ihan oikeesti
- äskettäin
- uudelleen
- heijastunut
- pitää
- säännöllinen
- suhteellisuus
- luottaen
- huomattava
- muistaa
- kaukosäädin
- päätöslauselma
- kunnioittaminen
- rajoittaa
- rajoitukset
- arviot
- Vallankumous
- rikkaampi
- runsaasti
- oikein
- Rengas
- Joki
- Huone
- karkeasti
- säännöt
- ajaa
- sama
- satelliitit
- sanoa
- sanonta
- sanoo
- Asteikko
- asteikot
- Koulu
- tiede
- tieteellinen
- Tiedemies
- tutkijat
- vuodenajat
- Toinen
- nähdä
- näyttää
- näyttää
- valinta
- tunne
- erillinen
- shouldnt
- näyttää
- merkittävä
- samalla lailla
- Yksinkertainen
- koska
- Istuminen
- tilanne
- pieni
- So
- Ratkaisumme
- jonkin verran
- jollakin tavalla
- Joku
- jotain
- poika
- laulu
- kuulostaa
- Tila
- Tila ja aika
- puhua
- puhuminen
- puhuu
- erityinen
- erityinen
- nopeus
- nopeudet
- Spotify
- standardi
- Tähteä
- Alkaa
- alkoi
- alkaa
- Osavaltio
- Lausunto
- Asemat
- Steve
- tarttuminen
- Yhä
- verkkokaupasta
- tallentamiseksi
- Tarina
- outo
- muukalainen
- vahva
- rakenne
- Struggling
- tutkittu
- studiot
- tutkimus
- merkitä
- menestys
- niin
- aurinko
- tuki
- Tuetut
- varma
- yllätys
- yllättynyt
- Sweep
- symboli
- järjestelmä
- ottaa
- otettava
- vie
- Puhua
- puhuminen
- Neuvottelut
- joukkue-
- Tekninen
- teknisesti
- kertoa
- kertoo
- templeton
- kymmenen
- yleensä
- ehdot
- testit
- kuin
- kiittää
- Kiitos
- että
- -
- Tulevaisuus
- Valtion
- maailma
- heidän
- Niitä
- teema
- itse
- sitten
- teoreettinen
- teoria
- Siellä.
- Nämä
- ne
- asia
- asiat
- ajatella
- Ajattelu
- tätä
- Tämä vuosi
- Thomas
- ne
- vaikka?
- ajatus
- innoissaan
- Kautta
- tied
- aika
- kertaa
- ajoitus
- että
- tänään
- yhdessä
- Aiheet
- raita
- matkustaa
- Matkustaminen
- kohdella
- hoito
- valtava
- riemuvoitto
- ongelmia
- totta
- Totuus
- yrittää
- kääntyy
- kaksi
- Lopulta
- varten
- läpikäydä
- ymmärtää
- ymmärtäminen
- ymmärsi
- Odottamaton
- kehittymässä
- unique
- Yleismaailmallinen
- CasinoUniverse
- yliopisto
- Pakkauksen purkaminen
- paljastettiin
- us
- käyttää
- käytetty
- hyödyllinen
- käyttämällä
- pätevä
- muuttuja
- valtava
- Nopeus
- versio
- Vastaan
- hyvin
- Näytä
- haluta
- oli
- katsomassa
- vesi
- Tapa..
- tavalla
- we
- heikompi
- WebP
- tervetuloa
- HYVIN
- olivat
- Mitä
- Mikä on
- kun
- onko
- joka
- KUKA
- koko
- miksi
- Villi
- tulee
- voittaja
- with
- sisällä
- ilman
- ihana
- sana
- Referenssit
- työskenteli
- louhos
- toimii
- maailman-
- olisi
- antaisi
- wow
- kääri
- kääritty
- kirjoittaa
- vuosi
- vuotta
- Joo
- vielä
- Voit
- Sinun
- zephyrnet
- zoomaus