Odbrana stvarnosti vremena – Tim Maudlin

Čini se da fizičari i filozofi ne vole ništa više od toga da nam kažu da je sve što smo mislili o svijetu pogrešno. Oni uživaju u posebnom zadovoljstvu razotkrivanja zdravog razuma kao gluposti. Ali Tim Maudlin misli da su naši direktni utisci o svijetu bolji vodič za stvarnost nego što smo navedeni da vjerujemo.

Ne da on misli da uvijek jesu. Maudlin, koji je profesor na Univerzitetu u Njujorku i jedan od vodećih svjetskih filozofa, postao je poznat proučavanjem čudnog ponašanja "zapletenih" kvantnih čestica, koje prikazuju ponašanje koje je isto toliko kontraintuitivno kao što može biti; ako ništa drugo, on misli da su fizičari umanjili značaj transformacije. U isto vrijeme, međutim, on misli da fizičari mogu biti ishitreni da tvrde da su naši konvencionalni pogledi pogrešni, pogotovo kada je u pitanju priroda vremena.



On brani uobičajeni i nepromišljeni pogled na vreme. Ima ugrađenu strelicu. Ono je fundamentalno, a ne izvedeno iz neke dublje realnosti. Promjena je stvarna, za razliku od iluzije ili artefakta perspektive. Zakoni fizike djeluju unutar vremena za generiranje svakog trenutka. Miješajući matematiku, fiziku i filozofiju, Maudlin odbija razloge koje naučnici i filozofi obično daju za poricanje ove narodne mudrosti.

Matematički argumenti su cilj njegovog sadašnjeg projekta, drugog volumena Novih osnova za fizičku geometriju (prvi se pojavio 2014. godine). Moderna fizika, tvrdi on, konceptualizira vrijeme u suštini na isti način kao i prostor. Prostor, kako ga obično razumijemo, nema urođenog pravca - on je izotropan. Kada primjenimo prostorne intuicije na vreme, mi nesvjesno pretpostavljamo da vrijeme nema ni unutrašnjeg pravca. Nove fondacije promišljaju topologiju na način koji omogućava jasniju razliku između vremena i prostora. Konvencionalno, topologija - prvi nivo geometrijske strukture - definirana je pomoću otvorenih skupova, koji opisuju susjedstvo tačke u prostoru ili vremenu. "Otvoreno" znači da region nema oštru ivicu; svaka tačka u setu je okružena drugim tačkama u istom setu.

Maudlin predlaže da bazira topologiju na linijama. On to vidi kao bliže našim svakodnevnim geometrijskim intuicijama, koje se formiraju razmišljanjem o kretanju. I otkriva da, da bi se uskladili rezultati standardne topologije, linije treba da budu usmjerene, kao što je i vrijeme. Maudlinov pristup se razlikuje od drugih pristupa koji proširuju standardnu topologiju kako bi se geometrija usmjerila; to nije produžetak, već preispitivanje koje se nadovezuje na nivo tla.

Maudlin je o svojim idejama razgovarao sa magazinom Quanta u martu. Ovo je skraćena i uređena verzija intervjua.

Zašto bi neko pomislio da vrijeme ima pravac? Čini se da je to suprotno onome što fizičari često kažu.

Mislim da je to malo nazadno. Idite kod čoveka na ulici i pitajte da li vrijeme ima pravac, da li je budućnost drugačija od prošlosti i da li vrijeme ne ide ka budućnosti. To je prirodan pogled. Interesantniji je pogled kako fizičari uspijevaju uvjeriti sebe da vrijeme nema pravac.

Oni bi odgovorili da je to posljedica Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti, koja smatra da je vrijeme četvrta dimenzija.
Ova ideja da je vrijeme samo četvrta dimenzija je veoma pogrešna. U posebnoj relativnosti, vremenski pravci su strukturno različiti od pravaca prostora. U vremenskim pravcima, imate dalju distinkciju u budućnost i prošlost, dok bilo koji prostorni smjer ja mogu kontinuirano rotirati u bilo koji drugi pravac. Dvije klase vremenskih pravaca ne mogu se stalno transformisati jedan u drugi.



Standardna geometrija nije bila razvijena samo u svrhu prostornog vremena. Razvijena je u svrhu praćenja prostora, a prostori u njima nemaju usmjerenost. I onda ste uzeli ovaj formalni halat koji ste razvili za ovu jednu svrhu, a zatim ga gurnuli u tu drugu svrhu.

Kada je relativnost razvijena početkom 20. vijeka, da li su ljudi počeli da vide ovaj problem?

Fizika je otkrila neke zaista čudne stvari o svijetu, ali nije otkrila da je promjena iluzija.

Tim Maudlin

Ne mislim da su to vidjeli kao problem. Razvoj je bio visoko algebarski, i što je tehnika algebarnija, to ćete dalje imati od geometrijske intuicije o onome što radite. Dakle, ako razvijete standardni opis, recimo, metrike prostor-vremena, a onda pitate: „Pa, šta se dešava ako počnem da stavljam negativne brojeve u ovu stvar?“ To je savršeno dobro pitanje za algebru. Nije tako jasno šta to znači geometrijski. I ljudi sada rade istu stvar kada kažu: "Pa, šta ako vrijeme ima dvij dimenzije?" Kao čisto algebarsko pitanje, mogu to reći. Ali ako me pitate šta bi to moglo značiti, fizički, da bi vrijeme imalo dvije dimenzije, to nije najjasnija ideja. Da li je u skladu sa prirodom vremena da je to dvodimenzionalna stvar? Jer ako mislite da je vrijeme ono što je redoslijed događaja, onda je taj poredak linearan i govorite o fundamentalno jednodimenzionalnoj organizaciji.

I tako pokušavate da omogućite usmeravanje vremena promišljajući geometriju. Kako to funkcionira?

Stvarno nisam počeo od fizike. Počeo sam od pokušaja da shvatim topologiju. Kada podučavate, prisiljeni ste da se suočite sa svojim neznanjem. Pokušavao sam da objasnim standardnu topologiju nekim učenicima kada sam predavao razredu o prostoru i vremenu, i shvatio sam da ju nisam razumio. Nisam mogao da vidim vezu između tehničke mašinerije i koncepata koje sam koristio.

Pretpostavimo da vam samo predam torbu. Nema geometriju. Zato moram da dodam neku strukturu da bih joj dao sve što je prepoznatljivo geometrijsko. U standardnom pristupu, preciziram koji skupovi tačaka su otvoreni skupovi. U mom pristupu, preciziram koji skup tačaka su linije.




Kako se to razlikuje od uobičajene geometrije koja se uči u srednjoj školi?

U ovom pristupu koji se zasniva na linijama, vrlo prirodna stvar je staviti usmjerenost na linije. Vrlo je lako implementirati na nivou aksioma. Ako radite euklidsku geometriju, to vam se neće desiti, jer vaša ideja u euklidskoj geometriji je ako imam neprekidnu liniju od A do B, to je isto tako kontinuirana linija B do A - da nema usmjerenost u euklidskoj liniji.

Sa čiste matematičke tačke gledišta, zašto bi vaš pristup bio poželjniji?

U mom pristupu, stavljate linearnu strukturu na skup tačaka. Ako stavite linije prema mojim aksiomima, onda postoji prirodna definicija otvorenog skupa i ona generiše topologiju.

Druga važna konceptualna prednost je da nema problema razmišljati o liniji koja je diskretna. Ljudi formiraju linije u kojima ima samo konačno mnogo ljudi, i možete govoriti o tome ko je sljedeća osoba u redu, i ko je osoba iza njih, i tako dalje. Pojam linije je neutralan između diskretnog i kontinuiranog. Dakle, imate ovaj opšti pristup.

Zašto je ova vrsta modifikacije važna za fiziku?

Čim počnete govoriti o prostoru-vremenu, ideja da vrijeme ima usmjerenost je očigledno nešto s čime počinjemo. Postoji ogromna razlika između prošlosti i budućnosti. I tako, čim počnete razmišljati geometrijski o prostoru-vremenu, o nečemu što ima vremenske karakteristike, prirodna misao je da razmišljate o nečemu što sada ima unutrašnju usmjerenost. A ako vaši osnovni geometrijski objekti mogu imati usmjerenost, onda ih možete koristiti za predstavljanje ove fizičke usmjerenosti.



Fizičari imaju druge argumente zašto vrijeme nema pravac.

Često će se čuti da u zakonima postoji simetrija preokretanja vremena. Ali normalan način na koji opisujete simetriju preokretanja vremena pretpostavlja da postoji pravac vremena. Neko će reći sledeće: "Prema Njutnovoj fizici, ako staklo može da padne sa stola i razbije se po podu, onda je fizički moguće da krhotine na podu budu gurnute usaglašenim naporom od poda, rekombinuju se u staklo i skoče nazad na sto. ”To je istina. Ali primetite, oba ova opisa su ona koja pretpostavljaju da postoji pravac vremena. To znači da pretpostavljaju da postoji razlika između pada stakla i skakanja stakla, a postoji razlika između razbijanja stakla i stakla koje se rekombinuje. A razlika između ova dva je uvijek u kom pravcu je budućnost, a koji pravac je prošlost.

Tako da sigurno ne poričem da postoji ta reverzibilnost vremena. Ali reverzibilnost vremena ne znači da nema pravca vremena. Samo kaže da za svaki događaj koji zakoni fizike dozvoljavaju, postoji odgovarajući događaj u kojem su različite stvari obrnute, brzine su obrnute i tako dalje. Ali u oba ova slučaja, smatrate da oni omogućavaju proces koji se odvija u vremenu.

Sada kada se postavlja zagonetka: Zašto često vidimo jednu vrstu stvari, a ne drugu vrstu stvari? I to je zagonetka o termodinamici i entropiji i tako dalje.

Ako vrijeme ima pravac, da li je termodinamička strijela vremena još uvijek problem?

Problem nema sa strelicom. Problem je sa razumjevanjem zašto su stvari počele da se odvijaju u stanju niske entropije. Jednom kada dobijete da počinju u stanju niske entropije, normalni termodinamički argumenti navode vas da očekujete da će većina mogućih početnih stanja dati povećanje entropije. Dakle, pitanje je, zašto su stvari počele s tako niske entropije?



Jedan izbor je da je svemir samo konačan u vremenu i da ima početno stanje, i onda postoji pitanje: “Možete li objasniti zašto je početno stanje bilo nisko?”, Što je pod-dio pitanja, “Možete li objasniti početno stanje? To uopšte nije došlo iz bilo čega , pa šta bi to uopšte značilo?

Druga mogućnost je da je bilo nešto prije velikog praska. Ako zamislite da je veliki prasak pulsiranje ovog univerzuma iz nekog prethodnog proto-svemira ili iz haotično napuhujućeg prostora-vremena, onda će biti fizike tog žubora, a vi biste se nadali da će fizika bubrenja mogla značiti da bi mjehurići bili određenog karaktera.

S obzirom da još moramo objasniti početno stanje niske entropije, zašto nam je potrebna unutrašnja usmjerenost vremena? Ako vrijeme nije imalo pravac, ne bi bilo dovoljno da specifikacija nisko-entropijskog stanja bude dovoljna da se daje efektivan smjer?
Ako vrijeme nije imalo pravac, čini mi se da bi vrijeme ušlo u samo još jednu prostornu dimenziju, a ako sve imamo sve prostorne dimenzije, onda mi se čini da se ništa ne događa u svemiru. Mogu da zamislim prostorni prostor od četiri dimenzije, ali se u njemu ništa ne događa. To je način na koji ljudi često govore o, citat, "blok svemiru" kao fiksiranom ili rigidnom ili nepromenljivom ili nečem sličnom, zato što o njemu razmišljaju kao o četverodimenzionalnom prostornom objektu. Ako ste to imali, onda ne vidim kako se na nju stavlja bilo koji početni uslov - ili bilo kakav granični uslov; više ne možete reći "početni" - mogli biste stvoriti vrijeme. Kako granični uslov može promijeniti temeljni karakter dimenzije od prostorne prema vremenskoj?

Pretpostavimo da na jednoj granici postoji niska entropija; iz toga onda sve objašnjavam. Možda se pitate: “Ali zašto ta granica? Zašto ne bismo otišli s druge granice, gdje se pretpostavlja da su stvari u ravnoteži? ”Neobične karakteristike na ovoj granici nisu niska entropija - tu je visoka entropija - ali da je mikrostanica jedna od vrlo posebnih, koja vodi do dugog perioda smanjenje entropije. Sada mi se čini da ima posebnu mikrostanicu jer se razvila iz početnog entiteta niske entropije. Ali sada koristim „početni“ i „konačni“, i pozivam se na određene kauzalne pojmove i produktivne ideje da obavim objašnjavajući rad. Ako nemate pravac vremena da razlikujete početni od konačnog stanja i da osigurate ove kauzalne lokacije, nisam sasvim siguran kako će ta objašnjenja ići.




Ali sve ovo izgleda tako - šta da kažem? Izgleda tako udaljeno od fizičkog svijeta. Sjedimo ovde i vrijeme se dešava, i znamo šta to znači.

Ne znam šta znači reći da vrijeme stvarno ne prolazi i da je to samo zbog povećanja entropije.

Ne zvučite kao veliki obožavatelj bloka univerzuma.

Postoji osjećaj u kojem vjerujem određeno razumijevanje bloka univerzuma. Vjerujem da je prošlost podjednako realna kao sadašnjost, koja je podjednako realna kao i budućnost. Stvari koje su se dešavale u prošlosti bile su jednako stvarne. Bolovi u prošlosti su bili bolovi, a u budućnosti će i oni biti stvarni, i postojala je jedna prošlost i postojala bi jedna budućnost. Dakle, ako je to sve to znači vjerovati u blok svemir, u redu.

Ljudi često kažu: "Ja sam primoran da verujem u blok svemir zbog relativnosti." Blok univerzum je opet neka vrsta krute strukture. Sveukupnost konkretne fizičke realnosti je određivanje te četverodimenzionalne strukture i onoga što se događa svuda u njoj. U Newtonovoj mehanici, ovaj objekat je obojen ovim ravnima apsolutne simultanosti. A u relativnosti to nemate; umjesto toga imate ovu svjetlosnu strukturu. Dakle, ima drugačiji geometrijski karakter. Ali ne vidim kako se taj drugačiji geometrijski karakter oslobađa vremena ili se oslobađa temporalnosti.

Ideja da je blok svemir statičan, izluđuje me. Šta znači reći da je nešto statično? Treba reći da se vrijeme ne mijenja. Ali nije da je svemir blokiran u vremenu; vrijeme je u njemu. Kada kažete da je statičan, to nekako sugerira da nema promjene, ništa se stvarno ne mijenja, promjena je iluzija. To ne može biti. Fizika je otkrila neke zaista čudne stvari o svijetu, ali nije otkrila da je promjena iluzija.

Šta to znači da vrijeme prolazi? Da li je to sinonim za “vrijeme ima pravac”, ili postoji nešto dodatno?
Ima nešto dodatno. Da bi vrijeme prolazilo znači da se događaji linearno uređuju, ranije i kasnije. Uzročna struktura svijeta zavisi od njegove vremenske strukture. Sadašnje stanje univerzuma proizvodi uzastopna stanja. Da biste razumjeli kasnija stanja, pogledate ranija stanja, a ne obrnuto. Naravno, kasnija stanja mogu vam dati sve vrste informacija o ranijim stanjima, a iz kasnijih stanja i zakona fizike možete zaključiti ranija stanja. Pravac uzročnosti je i pravac objašnjenja.

Da li sam upravu da hoćete da kažete da se ovdje dešava generacija ili proizvodnja - da postoji mašina koja generira i brusi, jedan trenutak daje sljedeći, što dovodi do sljedećeg?



Pa, to je svakako duboki dio slike koju imam. Strojevi su upravo zakoni prirode. To daje ograničenje zakonima prirode - naime, da oni treba da budu zakoni vremenske evolucije. Oni bi trebali biti zakoni koji vam govore, kako vrijeme prolazi, kako će nova stanja uspjeti nakon starih. Tvrdnja bi bila da ne postoje fundamentalni zakoni koji su čisto prostorni i da tamo gdje nalazite prostorne zakonitosti, imaju vremenska objašnjenja.

Da li vas to dovodi do drugačijeg viđenja onoga šta je zakon?

To me dovodi do drugačijeg pogleda od pogleda većine. Mislim da zakoni imaju neku vrstu fundamentalnog metafizičkog statusa, da zakoni nisu izvedeni ni na šta drugo. To je, naprotiv, obrnuto: druge stvari su izvedene iz zakona koji funkcionišu. I tamo, riječ “operativni” ima ovu vremensku karakteristiku.

Zašto je vaše mišljenje manjine? Pošto mi se čini, ako pitate većinu ljudi na ulici šta zakoni fizike rade, oni bi rekli: "To je dio mašinerije."

Često kažem da su moji filozofski pogledi samo neka vrsta naivnih pogleda koje biste imali da ste uzeli časove fizike ili kosmologije i ozbiljno ste shvatili ono što su vam rekli. U časovima fizike na Newtonovoj mehanici, oni će zapisati neke zakone i reći će: "Evo zakona Newtonove mehanike." To je stvarno temelj iz kojeg počinjete.

Ne mislim da imam veoma bizarne poglede. Smatram da bi "vrijeme ne prolazi" ili da je "prolaz vremena iluzija" bio prilično bizaran pogled. Da ne kažem da to mora biti lažno, ali ono što bi trebalo da vas pogodi kao ono što niste mislili.

Šta sve ovo ima da kaže o tome da li je vrijeme fundamentalno ili pojavno?

Nikada nisam bio u stanju da sasvim razumijem šta bi trebalo da bude pojava vremena, u njenom dubljem smislu. Zakoni su obično diferencijalne jednadžbe u vremenu. Govore o tome kako se stvari razvijaju. Dakle, ako nema vremena, onda stvari ne mogu evoluirati. Kako to da razumijemo - i da li je promjena privremena pojava? Kao da u određenoj fazi univerzuma nije bilo vremena; i onda u drugim fazama, ima vremena, kada se čini da vrijeme izlazi iz vremenske situacije van vremena, što se onda čini nevezano.

Gde prestanete da nudite analize? Gde se zaustavljate - gde je vaša lopata okrenuta, kao što bi rekao Vitgenštajn? I za mene, opet, pojam vremenitosti ili vremena izgleda kao jako dobro mjesto za pomisao da sam pogodio temeljnu osobinu univerzuma koja nije objašnjiva u smislu bilo čega drugog.

Izvor: https://www.quantamagazine.org/a-defense-of-the-reality-of-time-20170516/

Ostavite Vaš komentar

Sva Fizika
%d bloggers like this: