ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ ฟิสิกส์: การหาเวลา

เวลาอะไร? หากคุณเป็นนักฟิสิกส์ฝึกหัด 

มันคือปริมาณในสมการของคุณ t นี่คือตัวแปรที่คุณใช้ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำกับหนึ่งในสี่มิติของแมนิโฟลด์ของกาลอวกาศ ซึ่งเป็นคำที่นักคณิตศาสตร์ แฮร์มันน์ มินคอฟสกี ตั้งขึ้นหลังจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เริ่มแสดงให้เห็นว่าเวลาและพื้นที่นั้นใช้กันได้ และถึงกระนั้น เราก็สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระในอวกาศแต่ไม่ตรงเวลา ทำไม?

ใน การเดินทางข้ามเวลา นักเขียนวิทยาศาสตร์ James Gleick ได้ทบทวนศาสตร์แห่งเวลาโดยเน้น (ส่วนใหญ่) ที่นิยายวิทยาศาสตร์ของการเดินทางข้ามเวลา เขาเริ่มต้นจากและมักจะกลับมาที่ The Time Machine ของ H. G. Wells ซึ่งเกิดขึ้นก่อนทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของ Einstein ในปี 1905 ภายในทศวรรษ มันเป็นการวิ่งเล่นที่น่าพึงพอใจเหนือมิติที่สี่ของ Wells และเครื่องจักรสไตล์วิกตอเรียที่ขัดมัน นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ ‘วัยทอง’ เช่น ไอแซก อาซิมอฟ ผู้จัดหาแม่แบบสำหรับการรักษาสมัยใหม่ของการเดินทางข้ามเวลา และแฟรนไชส์ ​​Doctor Who (A. Jaffe Nature 502, 620–622; 2013) Gleick ยังสำรวจข้อเสนอที่เหนือชั้นจากนักเขียนเช่น David Foster Wallace และ Jorge Luis Borges (ผู้ซึ่งมองว่าเวลาเป็น “Garden of Forking Paths”) และ Chris Marker ผู้อำนวยการสร้างภาพยนตร์ซึ่ง La Jetée หนังไซไฟสั้นปี 1962 เป็นแรงบันดาลใจให้กับการเดินทางข้ามเวลาในปี 1995 12 ลิง.

‘รูหนอน’ — อุปกรณ์การเดินทางข้ามเวลาที่ชื่นชอบ เครดิต: Mark Garlick / SPL

Gleick ไม่ได้ใส่ความรู้ของเขาเพียงเล็กน้อย แต่เขายัดเยียดอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการอภิปรายเกี่ยวกับฟิสิกส์ ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ในปี 1915 ดูเหมือนจะอนุญาตให้มี “เส้นโค้งที่เหมือนเวลาปิด” ซึ่งเป็นเส้นทางที่เริ่มต้นที่สถานที่เดียวและเวลา และสิ้นสุดที่สถานที่และเวลาเดียวกันทุกประการ น่าเสียดายที่จริง ๆ แล้วการสร้างกาลอวกาศ – เวลาด้วยเส้นโค้ง – นั่นคือเครื่องย้อนเวลา – อาจเป็นไปไม่ได้ซึ่งเป็นแนวคิดที่จัดทำขึ้นใน “การคาดเดาการป้องกันลำดับเหตุการณ์” ของ Stephen Hawking ในเรื่องนี้ จักรวาลสมคบคิดเพื่อทำให้ไทม์แมชชีนเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้าง: พวกมันต้องการสถานะของสสารที่เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพ หรือการสร้างของพวกมันอาจสร้างหลุมดำรอบ ๆ เครื่องจักร ทำให้ไม่สามารถเข้าถึงได้

แต่ถึงแม้กระแสเวลาปกติที่รับรู้ไปในทิศทางเดียวก็ลึกลับ สมการทางฟิสิกส์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ส่วนใหญ่มีความสมมาตรพื้นฐาน: พวกมันไม่สามารถบอกได้ว่าเวลาเดินหน้าหรือถอยหลัง แต่นี่ไม่ใช่วิธีที่เราสัมผัสเวลา เราก้าวไปข้างหน้าอย่างไม่ลดละจากอดีตสู่อนาคต เราจำอดีตและไม่มีความรู้โดยตรงเกี่ยวกับอนาคต ข้อยกเว้นประการหนึ่งของสมมาตรการย้อนเวลาคือเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งกฎข้อที่สองกล่าวว่าเอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นตามเวลาเสมอ นักดาราศาสตร์ อาร์เธอร์ เอดดิงตัน ให้ความเห็นว่าสิ่งนี้มีส่วนรับผิดชอบต่อ ‘ลูกศรแห่งเวลา’ ปัญหาคือว่ากฎข้อที่สองไม่ได้เกี่ยวกับฟิสิกส์จริงๆ แต่เป็นความน่าจะเป็น – และด้วยเหตุนี้ความรู้ เรารู้รายละเอียดเกี่ยวกับระบบเอนโทรปีสูงน้อยกว่าระบบเอนโทรปีต่ำ ดังนั้นจึงยากที่จะดึงงานที่มีประโยชน์ออกมา

ความสมมาตรของเวลายังถูกทำลายในกลศาสตร์ควอนตัม

 ซึ่งอธิบายระบบทางกายภาพด้วยฟังก์ชันคลื่นของมัน แต่ให้ความน่าจะเป็นแก่เรา ไม่ใช่ผลลัพธ์ที่แน่ชัด เมื่อเราทำการวัดควอนตัม บางครั้งเราบอกว่าฟังก์ชันคลื่นยุบ ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีทิศทางเดียว แต่นี่เป็นเรื่องเกี่ยวกับความรู้เช่นกัน ในรูปแบบร่วมสมัยในการทำความเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัม เช่น การตีความหลายโลก – แนวคิดที่ว่าผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทุกอย่างมีอยู่ในลิขสิทธิ์ เมื่อเราทำการวัด เราได้รับข้อมูลเกี่ยวกับระบบ

Gleick ใช้บางหน้าเกี่ยวกับ ‘ปัญหาของตอนนี้’ คำถามที่ว่าสมการทางฟิสิกส์ดูเหมือนจะทำให้เรามีจักรวาลซึ่งเวลาไม่ได้เป็นเพียงหนึ่งในสี่มิติของกาลอวกาศเท่านั้น แต่มันพิเศษกว่า: ทำไมเราถึงมีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาที่กำหนด จำแต่อดีตและรออนาคต? ปัญหาที่เกิดขึ้นกับนักฟิสิกส์หลายคนรวมถึงฉันด้วย บางครั้ง ฉันมั่นใจว่า ‘ตอนนี้’ ไม่ใช่ปัญหา เมื่อกลศาสตร์ควอนตัมและอุณหพลศาสตร์กำหนดทิศทางของเวลาแล้ว ‘ตอนนี้’ ไม่ใช่ฟิสิกส์ แต่เป็นการผสมผสานระหว่างลูกศรของเวลากับจิตวิทยาและสรีรวิทยา อดีตคือสิ่งที่เข้ารหัสในความทรงจำของเรา สำหรับหิน อิเล็กตรอน หรือกาแล็กซี่นั้นไม่มีแล้ว แต่บางครั้งฉันก็สงสัยว่าสิ่งนี้เพียงพอหรือไม่

นักฟิสิกส์ Richard Muller ก็ดูเหมือนจะใช้ปริศนานี้เช่นกัน ตอนนี้ His Now พยายามวางแนวทางแก้ไข เขาเริ่มต้นด้วยการแนะนำศาสตร์ป๊อปไซน์เกี่ยวกับฟิสิกส์ที่จำเป็น: ทฤษฎีกว้างๆ ของสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม และบทบาทเฉพาะของจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ของอนุภาคในจักรวาลของเรา เช่น ทฤษฎีของ Higgs boson และสนามให้มวลของมัน การแนะนำฟิสิกส์สมัยใหม่ของเขาอาจเป็นเรื่องทางเทคนิคมากเกินไปสำหรับผู้อ่านทั่วไป แม้ว่าจะลดหย่อนคณิตศาสตร์ที่ยากขึ้นส่วนใหญ่ให้เป็นภาคผนวกก็ตาม

น่าเสียดายที่หลังจากเลิกเรียนวิชาฟิสิกส์แล้ว มุลเลอร์ก็เจาะลึกถึงปรัชญา ซึ่งเป็นการอภิปรายที่แทบจะไม่เคยเกินระดับบาร์ของมหาวิทยาลัยเลย ตัวอย่างเช่น เขายอมรับว่าเจตจำนงเสรีไม่สอดคล้องกับการกำหนดระดับ สิ่งนี้ถูกหักล้างในปรัชญา ตัวอย่างเช่นโดย Daniel Dennett ในการอธิบายความตระหนักรู้ในปี 1991 (Little, Brown) ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ