Nová štúdia triešti našu predstavu o plynutí času. Fyzikom ale pomáha riešiť najväčšie záhady ich odboru
Výskumníci v novej štúdii prinášajú model, ktorý rieši viaceré záhady fyziky, no zároveň triešti našu predstavu o plynutí času.
Výskumníci z Tampere University prichádzajú s prelomovou štúdiou, ktorá popisuje nový druh vlnovej rovnice aplikovanej na akcelerujúce vlny. Hoci to znie zložito, jednoduchšie povedané, ich objav otvára nečakané dvere ku skúmaniu správania vĺn s priamym prepojením medzi akcelerujúcimi vlnami, všeobecnou teóriou relativity a plynutím času.
Ako autori štúdie vysvetľujú, keď svetlo interaguje s hmotou, napríklad keď prechádza cez vodu, javí sa nám, že svetlo spomaľuje. Tento objav nie je nový a väčšinu každodenných interakcií svetla a hmoty môžeme popísať štandardným modelom vlnovej mechaniky.
Keď svetlo dopadá na určité rozhranie, pomocou štandardnej rovnice, výskumníci zistia, ako svetelné vlny vyzerajú na oboch stranách rozhrania a následne aplikujú podmienky elektromagnetickej hranice, aby tieto dve strany spolu prepojili. Autori štúdie ale vysvetľujú, že na hranici musí dopadajúce svetlo prejsť akceleráciou a túto akceleráciu sme doteraz nedokázali vysvetliť.
Výskumníci museli nad problémom rozmýšľať inak
Novým prístupom tejto štúdie bolo predpokladať, že sa rýchlosť vlny môže meniť postupom času. S týmto predpokladom v hlave dokázali výskumníci vytvoriť rovnicu akcelerujúcej vlny.
“Jedna vec je napísať rovnicu, čo bola úprimne tá ľahšia časť. Vyriešiť rovnicu sa ukázalo byť úplne novým a väčším problémom. Spočiatku riešenie rovnice nedávalo zmysel. Až neskôr mi napadlo, že riešenie rovnice sa správa spôsobom, ktorý pripomína relativistické fenomény,” vysvetľuje profesor Matias Koivurova, jeden z autorov štúdie.
Autori štúdie vysvetľujú, že ak chceli získať výsledky, ktoré dávali zmysel a správali sa tak, ako sme od nich očakávali, potrebovali neustálu referenčnú rýchlosť. Touto referenciou bola rýchlosť svetla vo vákuu. Dodávajú, že až potom ich výskum začal dávať zmysel. Ukázalo sa, že v prípade akcelerujúcich vĺn existuje dobre definovaný “prúd času”, inak povedané časová šípka. Rovnica akcelerujúcich vĺn funguje len v prípade, ak čas vnímame ako niečo, čo dokáže plynúť jedine vpred, nikdy nie vzad.
Neprehliadni
Entropia je miera neusporiadanosti systému a zákony termodynamiky nám hovoria, že miera neusporiadanosti môže v definovanom systéme jedine narastať alebo ostane rovnaká, nikdy sa nezmenší. Inými slovami povedané, všetko prechádza zo stavu menšej neusporiadanosti do väčšej neusporiadanosti.
Ak pozorujeme chladnutie kávy, horúcejšia káva odovzdáva svoju energiu okolitému vzduchu, čím vzrušuje okolité molekuly, kým sa nedosiahne rovnovážny stav (káva + okolitý vzduch predstavujú svoj vlastný systém). Systém dosiahol maximálnu entropiu na svoje podmienky a tá ostáva konštantná.
Prečo čas prúdi jedným smerom?
Autori štúdie zistili, že ak by sme obrátili smer prúdenia času, entropia by sa v systéme znižovala, až kým by nedosiahla najnižší možný bod. Od tohto momentu by sa mohla opäť entropia zvyšovať.
“Existuje rozdiel medzi makroskopickou a mikroskopickou šípkou času. Pri veľkých systémoch entropia definuje prúdenie času veľmi jasne. Nič ale nefixuje časovú šípku pre jednotlivé častice,” tvrdia výskumníci.
Znamená to, že pre jednotlivé častice nie je dané, že čas musí plynúť jedným konkrétnym smerom, teda z minulosti do budúcnosti. Napriek tomu výskumníci pri svojej práci očakávali, že aj častice majú fixné prúdenie času.
Výskumníci experimentálne dokázali, že z pohľadu vlny sa jej hybnosť nemení. Čo umožňuje zachovanie hybnosti sú relativistické fenomény. Zistili, že vlne možno pripísať “riadny čas”, ktorý je rovnaký ako riadny čas popísaný vo všeobecnej teórii relativity.
Vlna totiž pociťuje iný čas ako výskumníci v laboratóriu. Akcelerujúce vlny taktiež pociťujú časovú dilatáciu a kontrakciu dĺžky. Práve kontrakcia dĺžky budí dojem, že sa hybnosť vlny nekonzervuje v materiáli.
Zistenia tejto štúdie majú implikácie v prípade hypotetického materiálu, ktorý vedci nazývajú fotonický časový kryštál. Podľa teórie by vlna šíriaca sa v tomto materiáli exponenciálne spomaľovala, čo by zároveň exponenciálne zvyšovalo energiu. Ďalšie implikácie tohto výskumu sa týkajú každodenných optických efektov a aj laboratórnych testov všeobecnej teórie relativity. Výskumníci by mohli prísť na to, prečo sa zdá, že čas má “svoj obľúbený smer”, teda že plynie z minulosti do budúcnosti a jeho tok sa nedá zvrátiť.
Komentáre