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Zeit ist möglicherweise kein grundlegendes Element des Universums, sondern eher eine Illusion, die aus der Quantenverschränkung entsteht, so eine neue Studie.
Zeit ist ein heikles Problem für Physiker; Sein inkonsistentes Verhalten unter unseren besten Theorien des Universums trägt zu einer Sackgasse bei, die Forscher daran hindert, eine „Theorie von allem“ oder einen Rahmen zur Erklärung der gesamten Physik des Universums zu finden.
Aber in der neuen Studie vermuten die Forscher, dass sie möglicherweise eine Lösung für dieses Problem gefunden haben: indem sie die Zeit zu einer Konsequenz von machen Quantenverschränkungdie seltsame Verbindung zwischen zwei sehr weit entfernten Teilchen. Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse am 10. Mai in der Fachzeitschrift Körperliche Untersuchung A.
„Es gibt eine Möglichkeit, Zeit einzuführen, die sowohl mit den klassischen als auch mit den Quantengesetzen im Einklang steht und eine Manifestation der Verschränkung ist“, sagte der Erstautor. Alessandro CoppoDer Physiker am Nationalen Forschungsrat Italiens sagte gegenüber WordsSideKick.com: „Die Korrelation zwischen der Uhr und dem System führt zur Entstehung der Zeit, einem grundlegenden Bestandteil unseres Lebens.“ »
Es war an der Zeit
In QuantenmechanikNach unserer besten Theorie der mikroskopischen Welt ist Zeit ein festes Phänomen, ein unaufhaltsamer und unidirektionaler Fluss von der Vergangenheit in die Gegenwart. Es bleibt außerhalb der bizarren, sich ständig verändernden Quantensysteme, die es misst, und kann nur durch die Beobachtung von Veränderungen in externen Einheiten, wie etwa den Zeigern einer Uhr, gesehen werden.
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Allerdings nach Einsteins Theorie generelle Relativität – was größere Objekte wie unseren Körper, Sterne und Galaxien beschreibt – Zeit ist eng mit dem Raum verbunden und kann mit hoher Geschwindigkeit oder in Gegenwart der Schwerkraft verzerrt und ausgedehnt werden. Dies führt dazu, dass unsere beiden besten Realitätstheorien in einer grundsätzlichen Sackgasse stecken. Ohne diese Lösung bleibt eine kohärente Theorie aller Dinge unerreichbar.
„Es scheint eine ernsthafte Inkonsistenz in der Quantentheorie zu geben“, sagte Coppo. „Das nennen wir das Zeitproblem. »
Um dieses Problem zu lösen, griffen die Forscher auf eine Theorie namens Page- und Wootters-Mechanismus zurück. Die 1983 erstmals vorgeschlagene Theorie besagt, dass die Zeit für ein Objekt durch seine Zeit entsteht Quantenverschränkung während ein anderer als Uhr fungiert. Für ein nicht verschränktes System hingegen existiert keine Zeit und das System nimmt das Universum als fest und unveränderlich wahr.
Durch die Anwendung des Page- und Wootters-Mechanismus auf zwei theoretische verschränkte, aber nicht wechselwirkende Quantenzustände – einer ist ein schwingender harmonischer Oszillator und der andere ein Satz winziger Magnete, die wie eine Uhr wirken – entdeckten die Physiker, dass ihr System durch perfekt beschrieben werden konnte Schrödinger-Gleichungwelches das Verhalten von Quantenobjekten vorhersagt. Doch statt der Zeit basierte ihre Version der berühmten Gleichung auf den Zuständen der winzigen Magnete, die wie eine Uhr wirkten.
Diese Idee ist nicht neu, aber der nächste Schritt des Teams war. Sie wiederholten ihre Berechnungen zweimal, wobei sie zunächst davon ausgingen, dass die magnetische Uhr und dann der harmonische Oszillator makroskopische (größere) Objekte seien. Ihre Gleichungen wurden vereinfacht, um denen der klassischen Physik zu entsprechen, was darauf hindeutet, dass der Zeitfluss selbst bei großräumigen Objekten eine Folge der Verschränkung ist.
„Wir sind fest davon überzeugt, dass die richtige und logische Richtung darin besteht, von der Quantenphysik auszugehen und zu verstehen, wie man zur klassischen Physik gelangt, und nicht umgekehrt“, sagte Coppo.
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Andere Physiker äußerten Vorsicht. Obwohl der Mechanismus von Page und Wootters eine faszinierende Idee für die Quantenursprünge der Zeit ist, sagten sie, dass er noch keine überprüfbaren Ergebnisse liefert.
„Ja, es ist mathematisch kohärent, sich die universelle Zeit als die Verschränkung zwischen Quantenfeldern und Quantenzuständen des 3D-Raums vorzustellen.“ Vlatko VedralProfessor für Quanteninformationswissenschaft an der Universität Oxford, der nicht an der Arbeit beteiligt war, sagte gegenüber WordsSideKick.com. „Allerdings weiß niemand, ob aus diesem Projekt etwas Neues oder Fruchtbares resultieren wird – etwa Modifikationen der Quantenphysik und der Allgemeinen Relativitätstheorie sowie entsprechende experimentelle Tests.“ »
Trotz dieser Zweifel kann die Entwicklung grundlegender Zeittheorien aus der Quantenmechanik dennoch ein vielversprechender Ausgangspunkt sein – vorausgesetzt, sie können experimentell angepasst werden.
„Vielleicht spielt da etwas an der Verstrickung eine Rolle“ Adam Frankein theoretischer Physiker an der University of Rochester in New York, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte gegenüber WordsSideKick.com. „Vielleicht besteht die einzige Möglichkeit, die Zeit zu verstehen, nicht darin, sie aus der Perspektive Gottes zu betrachten, sondern aus der Perspektive von innen, aus der Perspektive der Frage, was im Leben eine solche Erscheinung der Welt manifestiert.“