Zamanın oku - Arrow of time

Zamanın ok da adlandırılan, zamanın ok , "tek yönlü yönünü" veya "positing kavramdır asimetri ait" zamanında . 1927'de İngiliz astrofizikçi Arthur Eddington tarafından geliştirilmiştir ve çözülmemiş bir genel fizik sorusudur . Eddington'a göre bu yön, atomların , moleküllerin ve cisimlerin organizasyonu incelenerek belirlenebilir ve dünyanın dört boyutlu göreli haritasına ("katı bir kağıt bloğu") çizilebilir .

Mikroskobik düzeydeki fiziksel süreçlerin ya tamamen ya da çoğunlukla zaman simetrik olduğuna inanılır : eğer zamanın yönü tersine dönseydi, onları tanımlayan teorik ifadeler doğru kalırdı. Ancak makroskopik düzeyde çoğu zaman durumun böyle olmadığı görülür: zamanın bariz bir yönü (ya da akışı ) vardır.

genel bakış

Zamanın simetrisi ( T-simetrisi ) basitçe şu şekilde anlaşılabilir: eğer zaman mükemmel bir şekilde simetrik olsaydı, ileri veya geri oynatılsın gerçek olayların bir videosu gerçekçi görünürdü. Örneğin yerçekimi , zamanla tersinir bir kuvvettir. Yukarıya fırlatılan, durana kadar yavaşlayan ve düşen bir top, kayıtların ileri ve geri eşit derecede gerçekçi görüneceği bir durumdur. Sistem T-simetriktir. Bununla birlikte, topun zıplama ve sonunda durma süreci zamanla geri döndürülemez. İlerlerken kinetik enerji dağılır ve entropi artar. Entropi, zamanla tersinir olmayan birkaç süreçten biri olabilir . Artan entropinin istatistiksel kavramına göre, zamanın "ok"u, serbest enerjinin azalmasıyla tanımlanır.

Fizikçi Sean M. Carroll , The Big Picture adlı kitabında , zamanın asimetrisini uzayın asimetrisiyle karşılaştırmıştır: Fiziksel yasalar genel olarak izotropik olsa da , Dünya'nın yakınında, "yukarı" ve "aşağı" arasında bariz bir ayrım vardır. uzayın simetrisini bozan bu devasa bedene yakınlık. Benzer şekilde, fiziksel yasalar zaman yönünün tersine çevrilmesine genel olarak simetriktir, ancak Büyük Patlama'nın yakınında (yani onu takip eden ilk trilyonlarca yıl içinde ) zaman içinde "ileri" ve "geri" arasında bariz bir ayrım vardır. zamanın simetrisini bozan bu özel olaya göreceli yakınlık. Bu görüşe göre, zamanın tüm okları, Big Bang'e zaman içinde göreceli yakınlığımızın ve o sırada var olan özel koşulların bir sonucudur. (Doğrusunu söylemek gerekirse, zayıf etkileşimler hem uzamsal yansımaya hem de zaman yönünün tersine çevrilmesine karşı asimetriktir. Ancak, her ikisini de içeren daha karmaşık bir simetriye uyarlar .)

Eddington'ın Konsepti

Eddington, kavramın popülerleşmesine yardımcı olan 1928 tarihli The Nature of the Physical World adlı kitabında şunları söyledi:

Rastgele bir ok çizelim. Oku takip ettikçe, dünyanın durumundaki rastgele öğenin daha fazlasını bulursak, ok geleceğe işaret ediyor; rastgele öğe azalırsa, ok geçmişe doğru işaret eder. Fiziğin bildiği tek ayrım budur . Bu, rastgeleliğin getirilmesinin geri alınamayacak tek şey olduğu şeklindeki temel savımız kabul edilirse hemen ortaya çıkar. Zamanın uzayda benzeri olmayan bu tek yönlü özelliğini ifade etmek için 'zamanın oku' tabirini kullanacağım.

Eddington daha sonra bu okla ilgili dikkat edilmesi gereken üç nokta verir:

Bilinç tarafından canlı bir şekilde tanınır .
Okun tersine çevrilmesinin dış dünyayı anlamsız hale getireceğini söyleyen muhakeme yeteneğimiz de aynı şekilde ısrar ediyor.
Bir dizi bireyin örgütlenmesinin incelenmesi dışında, fizik biliminde ortaya çıkmaz. (Bununla sadece entropide, bir sistemden kaynaklanan istatistiksel mekanik bir fenomende gözlemlendiğini kastediyor.)

Eddington'a göre ok, rastgele öğenin aşamalı artış yönünü gösterir. Termodinamiğin doğası üzerine uzun bir tartışmanın ardından, fizik söz konusu olduğunda, zamanın okunun yalnızca entropinin bir özelliği olduğu sonucuna varır .

Oklar

Zamanın termodinamik oku

Zamanın oku, zamanın "tek yönlü yönü" veya "asimetrisidir". Zamanın termodinamik oku, izole edilmiş bir sistemde entropinin zamanla artma eğiliminde olduğunu söyleyen termodinamiğin ikinci yasası tarafından sağlanır . Entropi, mikroskobik düzensizliğin bir ölçüsü olarak düşünülebilir; dolayısıyla ikinci yasa, yalıtılmış bir sistemdeki düzen miktarına göre zamanın asimetrik olduğunu ima eder: bir sistem zaman içinde ilerledikçe, istatistiksel olarak daha düzensiz hale gelir. Bu asimetri, entropiyi ölçmek zamanı doğru bir şekilde ölçmese de, gelecek ve geçmiş arasında ayrım yapmak için ampirik olarak kullanılabilir. Ayrıca açık bir sistemde entropi zamanla azalabilir.

İngiliz fizikçi Sir Alfred Brian Pippard şöyle yazdı: "Bu nedenle, Termodinamiğin İkinci Yasası'nın, mikroskobik ihlallerin tekrar tekrar meydana gelmesi, ancak hiçbir zaman ciddi büyüklükteki ihlallerin olmaması anlamında, yalnızca istatistiksel olarak doğru olduğu, çoğu zaman geveze bir şekilde tekrarlanan görüşün hiçbir gerekçesi yoktur. Aksine, İkinci Yasa'nın hiçbir koşulda bozulduğuna dair hiçbir kanıt sunulmamıştır." Bununla birlikte, termodinamiğin ikinci yasasının ihlaliyle ilgili bir dizi paradoks vardır , bunlardan biri Poincaré yineleme teoremi nedeniyledir .

Bu zaman oku, diğer tüm zaman oklarıyla ilişkili gibi görünüyor ve zayıf zaman oku hariç, tartışmalı olarak bazılarının temelini oluşturuyor .

Harold Blum'un 1951 tarihli Time's Arrow and Evolution adlı kitabı "zamanın oku (termodinamiğin ikinci yasası) ile organik evrim arasındaki ilişkiyi araştırdı." Bu etkileyici metin, "evrim ve düzen, negentropi ve evrimde tersine çevrilemezliği ve yönü" araştırıyor . Blum, evrimin, dünyanın inorganik doğası ve termodinamik süreçleri tarafından önceden belirlenmiş belirli kalıpları izlediğini savunuyor.

Zamanın kozmolojik oku

Zamanın kozmolojik oku , evrenin genişleme yönünü gösterir. Kullanılabilir enerji miktarı ihmal edilebilir hale geldikçe , evren bir ısı ölümüne (Big Chill) doğru ilerlerken, termodinamik okla bağlantılı olabilir . Alternatif olarak, bu ok, yerçekimi her şeyi bir Büyük Çatlak'a geri çekerken tersine döndüğünde , evrenin evrimindeki yerimizin bir eseri olabilir (bkz. Antropik önyargı ) .

Bu zaman oku, zamanın diğer oklarıyla ilişkiliyse, o zaman gelecek, tanımı gereği , evrenin büyüdüğü yöndür. Böylece evren, tanımı gereği küçülmek yerine genişler.

Zamanın termodinamik okunun ve termodinamiğin ikinci yasasının , erken evrendeki başlangıç koşullarının bir sonucu olduğu düşünülmektedir . Bu nedenle, nihayetinde kozmolojik düzenin sonucudurlar.

zamanın ışınımlı oku

Dan Dalgalar, radyo dalgaları ile ses dalgaları rağmen onların kaynağından dışa genişletmek, bir taş atma bir gölet yer alanlara dalga denklemleri yakınsak dalgaların çözümleri yanı sıra ışınımsal olanları yerleştirmek. Bu ok, yakınsak dalgalar oluşturan dikkatle çalışılmış deneylerde tersine çevrilmiştir, bu nedenle bu ok, muhtemelen yakınsak bir dalga üretmek için koşulların karşılanması, bir ışınım dalgasının koşullarından daha fazla düzen gerektirdiğinden, termodinamik oktan kaynaklanmaktadır. Başka bir deyişle, yakınsak bir dalga üreten başlangıç koşullarının olasılığı, bir ışıma dalgası üreten başlangıç koşullarının olasılığından çok daha düşüktür. Aslında, normalde ışınımsal bir dalga entropiyi artırırken, yakınsak bir dalga onu azaltır, bu da ikincisini olağan koşullarda termodinamiğin ikinci yasasıyla çelişir.

Zamanın nedensel oku

Bir neden , etkisinden önce gelir: nedensel olay, neden olduğu veya etkilediği olaydan önce meydana gelir. Örneğin doğum, başarılı bir anlayışı takip eder ve bunun tersi olmaz. Böylece nedensellik, zamanın okuna sıkı sıkıya bağlıdır.

Bir epistemiyolojik zaman bir ok gibi nedenselliğini kullanarak sorun olarak, yani Hume muhafaza, kendi başına nedensel ilişkisi algılanamaz; sadece olaylar dizisini algılar. Ayrıca, neden ve sonuç terimlerinin gerçekte ne anlama geldiğine dair net bir açıklama sağlamak veya atıfta bulundukları olayları tanımlamak şaşırtıcı derecede zordur. Bununla birlikte, bir bardak suyu düşürmenin bir sebep olduğu, bardağın daha sonra parçalanması ve suyu dökmesinin etki olduğu açık görünüyor.

Fiziksel olarak konuşursak, bir sistem ve çevresi arasındaki korelasyonların entropi ile arttığı düşünülür ve çevre ile etkileşime giren sonlu bir sistemin basitleştirilmiş bir durumunda buna eşdeğer olduğu gösterilmiştir. Düşük başlangıç entropisi varsayımı, aslında sistemde hiçbir başlangıç korelasyonu olmadığını varsaymakla eşdeğerdir; bu nedenle korelasyonlar, geriye doğru değil, yalnızca zamanda ileriye doğru hareket ettiğimizde oluşturulabilir. Geleceği kontrol etmek veya bir şeyin olmasına neden olmak , yapan ile sonuç arasında korelasyonlar yaratır ve bu nedenle sebep ve sonuç arasındaki ilişki, termodinamiğin ikinci yasasının bir sonucu olan termodinamik zamanın bir sonucudur. Gerçekten de, yukarıdaki fincan düşürme örneğinde, başlangıç koşulları yüksek dereceli ve düşük entropiye sahipken, son durum, sistemin nispeten uzak kısımları arasında yüksek korelasyonlara sahiptir - bardağın parçalanmış parçaları ve dökülen damlalar gibi. su ve bardağın düşmesine neden olan nesne.

Parçacık fiziği (zayıf) zamanın oku

Kapsayan bazı atom altı etkileşimler zayıf nükleer kuvvet hem korunumunu ihlal paritesi ve şarj konjugasyon ancak çok nadir olarak. Bir örnek kaon bozunmasıdır . Göre CPT teoremi , bu araçlar onlar da zaman geri dönüşümsüz olabilir ve böylece zamanın bir ok belirlemelidir. Bu tür süreçler , erken evrende madde oluşumundan sorumlu olmalıdır .

Parite ve yük konjugasyonu kombinasyonunun çok nadiren kırılması, bu okun yalnızca bir yönü "zar zor" gösterdiği ve yönü çok daha açık olan diğer oklardan ayırdığı anlamına gelir. Bu ok , T ihlalinin koruma yasaları ve dinamiklerinden sorumlu olabileceğini gösteren Joan Vaccaro'nun çalışmasına kadar herhangi bir büyük ölçekli zamansal davranışla bağlantılı değildi .

zamanın kuantum oku

Kuantum evrim zaman simetrik (örneğin gibidir hareketleri denklemleri ile yönetilen Schrödinger denklemi relativistik olmayan yaklasıklıkta) ve ile dalga fonksiyonunun çökmesi bir zaman geri dönüşü olmayan bir işlemdir, ve ile (gerçek dir, Kopenhag yorumlanması ve kuantum mekanik ) veya yalnızca görünür ( Çoklu dünyalar yorumu ve İlişkisel kuantum mekaniği yorumu ile).

Kuantum eşevresizliği teorisi, termodinamiğin ikinci yasası nedeniyle dalga fonksiyonu çöküşünün neden zaman asimetrik bir biçimde gerçekleştiğini açıklar, böylece zamanın kuantum okunu termodinamik zaman okundan türetir . Temelde, herhangi bir parçacık saçılımını veya iki büyük sistem arasındaki etkileşimi takiben , iki sistemin göreceli fazları ilk başta düzenli olarak ilişkilidir, ancak sonraki etkileşimler (ilave parçacıklar veya sistemlerle) onları daha az yapar, böylece iki sistem uyumsuz hale gelir. Bu nedenle, eşevresizlik, mikroskobik düzensizlikte bir artış biçimidir - kısacası, eşevresizlik entropiyi artırır. İki eşevresiz sistem , termodinamiğin ikinci yasasına göre normalde imkansız olan tekrar tutarlı hale gelmedikçe artık kuantum süperpozisyonu yoluyla etkileşemez . İlişkisel kuantum mekaniğinin dilinde, gözlemci, bu karışıklığın entropiyi arttırdığı ölçülen durumla karışır. Seth Lloyd'un belirttiği gibi , "zamanın oku artan korelasyonların bir okudur."

Ancak, özel koşullar altında, uyumsuzlukta ve entropide azalmaya neden olacak başlangıç koşulları hazırlanabilir. Bu, 2019 yılında, Rus bilim adamlarından oluşan bir ekip , termodinamikten ortaya çıkan kuantum zaman okunun anlaşılmasını destekleyen bir deneyde, bir IBM kuantum bilgisayarında kuantum zaman okunun tersine çevrildiğini bildirdiğinde deneysel olarak gösterilmiştir .

İki ve daha sonra üç süper iletken kübitten oluşan kuantum bilgisayarın durumunu gözlemleyerek, vakaların %85'inde iki kübitlik bilgisayarın başlangıç durumuna geri döndüğünü buldular. Durumun tersine çevrilmesi, elektron durumundaki rastgele mikrodalga arka plan dalgalanmasına benzer şekilde özel bir program tarafından yapıldı . Bununla birlikte, tahminlere göre , evrenin yaşı boyunca (13.7 milyar yıl), elektronun durumundaki böyle bir tersine çevirme, 0.06 nanosaniye boyunca yalnızca bir kez gerçekleşecektir . Bilim adamlarının deneyi, belirli bir kuantum durumunu karmaşık konjugasyon yoluyla tersine çeviren bir kuantum algoritması olasılığına yol açtı .

Kuantum uyumsuzluğunun yalnızca kuantum dalgasının çökme sürecine izin verdiğine dikkat edin; çöküşün kendisinin gerçekten meydana gelip gelmediği veya sadece gereksiz ve görünür olup olmadığı tartışmalıdır. Bununla birlikte, kuantum eşevresizliği teorisi artık yaygın olarak kabul edildiğinden ve deneysel olarak desteklendiğinden, bu tartışma artık zamanın oku sorusuyla ilgili olarak düşünülemez.

Zamanın psikolojik/algısal oku

İlgili bir zihinsel ok, kişinin algısının bilinen geçmişten bilinmeyen geleceğe sürekli bir hareket olduğu hissine sahip olması nedeniyle ortaya çıkar. Bu olgunun iki yönü vardır: Hafıza - geleceği değil geçmişi hatırlıyoruz; ve irade - geleceği etkileyebileceğimizi hissediyoruz ama geçmişi etkileyemiyoruz. İki yön, zamanın nedensel okunun bir sonucudur: dış dünya ile beynimiz arasında giderek daha fazla bağıntı oluştuğundan, geçmiş olaylar (fakat gelecekteki olaylar değil) şimdiki anılarımızın nedenidir (bkz . zaman ); ve şimdiki iradelerimiz ve eylemlerimiz gelecekteki olayların nedenleridir. Bunun nedeni, entropi artışının, uygun bir tanım altında, hem sistem ile çevresi arasındaki korelasyonların hem de genel karmaşıklığın artmasıyla ilişkili olduğu ve dolayısıyla zamanla birlikte arttığı düşünülmektedir.

Geçmiş ve gelecek, psikolojik olarak ek kavramlarla da ilişkilidir. İngilizce , diğer dillerle birlikte, geçmişi "geride" ve geleceği "ileride", "sizi ağırlamayı dört gözle beklemek", "eski güzel zamanlara bakmak" gibi ifadelerle ilişkilendirme eğilimindedir. yıllar önde olmak". Ancak, "arkada ⇔ geçmiş" ve "önde ⇔ gelecek" arasındaki bu ilişki kültürel olarak belirlenir. Örneğin, Aymara dili hem terminoloji hem de jestler açısından "önde ⇔ geçmiş" ve "arkada ⇔ gelecek"i, gözlemlenen geçmişe ve gözlemlenmeyen geleceğe karşılık gelen şekilde ilişkilendirir. Benzer şekilde, "yarından sonraki gün" 後天 ("hòutiān") için kullanılan Çince terim, kelimenin tam anlamıyla "günden sonra (veya arkada)" anlamına gelirken, "dünden önceki gün" 前天 ("qiántiān") kelimenin tam anlamıyla "önceki (veya öndeki)" anlamına gelir. ) gün" ve Çince konuşanlar, egonun geçmişin önünde mi yoksa arkasında mı olduğunu algıladıkları konusunda çelişkili bulgular olmasına rağmen, kendiliğinden geçmiş için öne ve gelecek için arkaya işaret ederler. Geçmişi ve geleceği sol-sağ eksenine yerleştiren hiçbir dil yoktur (örneğin, İngilizce'de *toplantı sola taşındı gibi bir ifade yoktur ), ancak en azından İngilizce konuşanlar geçmişi sol ve geçmişle ilişkilendirir. sağ ile gelecek.

"Dün" ve "yarın" kelimelerinin her ikisi de Hintçe'de aynı kelimeye çevrilir : कल ("kal"), "bugünden [bir] gün uzakta" anlamına gelir. Belirsizlik fiil zamanı ile çözülür. परसों ("parsoⁿ") hem "dünden önceki gün" hem de "yarından sonraki gün" veya "bugünden iki gün sonra" için kullanılır.

तरसों ("tarson"), "bugünden itibaren üç gün [1] için ve नरसों ("narson"), "bugünden itibaren dört gün" için kullanılır.

Zamanın psikolojik geçişinin diğer tarafı, irade ve eylem alanındadır. Gelecekteki olayların gidişatını etkilemeye yönelik eylemleri planlar ve sıklıkla uygularız. Gönderen Rubaiyat :

Hareketli Parmak yazıyor; ve yazılı olarak,
Devam eder: ne tüm Dindarlığınız ne de Zekanız.
Yarım Satırı iptal etmek için onu geri çekecek,
Ne de tüm Gözyaşların bir Kelimeyi silecek.

— Omar Khayyam ( Edward Fitzgerald'ın çevirisi ).

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Lebowitz, Joel L. (2008). "Zamanın oku ve Boltzmann'ın entropisi" . Scholarpedia . 3 (4): 3448. Bibcode : 2008SchpJ...3.3448L . doi : 10.4249/scholarpedia.3448 .
Boltzmann, Ludwig (1964). Gaz Teorisi Üzerine Dersler . Kaliforniya Üniversitesi Yayınları.Orijinal Almancadan Stephen G. Brush tarafından çevrilmiştir. Orijinal olarak 1896/1898 yayınlandı.
Carroll, Sean (2010). Ebediyetten Buraya: Nihai Zaman Teorisi Arayışı . Dutton. İnternet sitesi
Coveney, Peter ; Highfield, Roger (1990), Zamanın Oku: Zamanın en büyük gizemini çözmek için bilimde bir yolculuk , Londra: WH Allen, Bibcode : 1990atvt.book.....C , ISBN 978-1-85227-197-8
Feynman, Richard (1965). Fiziksel Hukukun Karakteri . BBC Yayınları. Bölüm 5.
Halliwell, JJ; et al. (1994). Zaman Asimetrisinin Fiziksel Kökenleri . Cambridge. ISBN'si 978-0-521-56837-1. (teknik).
Mersini-Houghton, L., Vaas, R. (ed.) (2012) The Arrows of Time. Kozmolojide Bir Tartışma . Springer. 2012-06-22. ISBN'si 978-3-642-23258-9. (kısmen teknik).
Peierls, R (1979). Teorik Fizikte Sürprizler . Princeton. Bölüm 3.8.
Penrose, Roger (1989). İmparatorun Yeni Zihni . Oxford Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 978-0-19-851973-7. Bölüm 7.
Penrose, Roger (2004). Gerçeğe Giden Yol . Jonathan Cape. ISBN'si 978-0-224-04447-9. 27. Bölüm
Fiyat, Huw (1996). Zamanın Oku ve Arşimet Noktası . ISBN'si 978-0-19-510095-2. İnternet sitesi
Zeh, H.D (2010). Zaman Yönünün Fiziksel Temeli . ISBN'si 978-3-540-42081-1. Kitap için resmi web sitesi
"BaBar Deneyi Zaman Asimetrisini Onaylıyor" .

Dış bağlantılar

Anlaşmazlık için Ritz-Einstein Anlaşması , kuantum alan teorisinin gelişmesinden önce konunun tarihsel perspektiflerinin bir incelemesi .
Termodinamik Ok: Bulmacalar ve Sözde Bulmacalar Huw Price on Time's Arrow
Ayrık bir oyuncak modelinde zamanın oku
Zamanın Oku
Zaman Neden Sadece İleriye Akar , yazan Adam Becker , bbc.com.

Languages

In other projects