211service.com
Spesiell relativitet og kronologiens nysgjerrige fysikk
Spesiell relativitet har endret måten vi tenker på tid og hendelsesrekkefølge. Einstein viste berømt at to hendelser kan se samtidig ut for en observatør, men ikke for en annen. Faktisk er det mulig å få to romlig adskilte hendelser til å vises i hvilken som helst rekkefølge ved å velge å se dem fra forskjellige referanserammer.
Men hva med tre eller flere hendelser? Forekommer alle mulige tidsbestillinger i en eller annen ramme? Hvis ikke, hva er begrensningene? spør Alfred Shapere ved University of Kentucky i Lexington og Frank Wilczek ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. I dag gir de oss svaret.
Begrunnelsen deres viser seg å være enkel. Gitt tre hendelser – A, B og C – er seks mulige bestillinger mulig. Disse hendelsene skjer i et univers med tre dimensjoner av rom og en av tid. I denne firedimensjonale verdenen er det alltid mulig å koble disse hendelsene med en trekant som ligger på et todimensjonalt plan.
Shapere og Wilczek viser at hvis planet til denne trekanten er helt romlignende – med andre ord, hvis det er vinkelrett på tidsdimensjonen – så er det en referanseramme der hendelsene er samtidige og små transformasjoner kan produsere alle seks rekkefølgen .
Men hvis flyet er tidslikt på noen måte, blir visse bestillinger umulige.
De fortsetter med å generalisere dette resultatet for et hvilket som helst antall hendelser i et hvilket som helst antall dimensjoner for både flate og buede romtider.
Og med en siste oppblomstring viser de hvordan man gjør det samme trikset baklengs: de regner ut egenskapene til en romtid gitt arten av kronologiene den tillater.
Det kan ha interessante implikasjoner. Kronologien av hendelser spiller en viktig rolle i kvantemekanikken. Tenk deg for eksempel tre romlig adskilte hendelser A, B og C. En observatør kan beskrive disse hendelsene ved å bruke en bølgefunksjon der A går foran B. I så fall kollapser en måling ved A bølgefunksjonen som er tilgjengelig for B.
En annen observatør kan imidlertid beskrive hendelsene ved å bruke en bølgefunksjon der B går foran A. I dette tilfellet kollapser en måling ved B bølgefunksjonen som er tilgjengelig for A.
Nei, anta at kronologien til hendelsene er begrenset slik at A aldri kan gå foran både B og C.
Så har vi den særegne situasjonen at en måling ved A kan forårsake kollaps ved enten B eller C, i forskjellige rammer, men aldri begge deler, sier Shapere og Wilczek.
Det er ikke et paradoks, men det er merkelig kunstig. Det er tydelig at det er en viss mangel i logikken fysikere bruker for å tenke på kvantemekanikk på denne måten.
Shapere og Wilczek sier at de har utviklet denne nye tilnærmingen til kronologi spesielt for å klargjøre logikken til kvantemekanikk. Vi planlegger å utdype implikasjonene av kronologiske forhold for kvanteteoriens logikk i fremtidig arbeid, sier de.
Å bruke kronologien til spesiell relativitet som et testområde for kvantemekanikkens logikk kan føre til interessante resultater. Mest spennende ville være en slags konflikt mellom de to teoriene som gir forskjellige spådommer. Det ville tillate en eksperimentell test.
Selvfølgelig er det allerede en slags konflikt mellom spesiell relativitet og kvantemekanikk i form av sammenfiltring, det merkelige kvantefenomenet der to legemer deler samme bølgefunksjon selv om de er romlig adskilt.
Den grunnleggende naturen til sammenfiltring er et av vitenskapens store mysterier. Kanskje Shapere og Wilczeks nye kronologiske tilnærming vil hjelpe.
Ref: arxiv.org/abs/1208.3841 : Begrensninger på kronologier