27.8.2014

Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina - Paul Davies - Biblioteka - Wirtualny Wszechświat

http://www.wiw.pl/biblioteka/czas_davies/03.asp

1/3

W

iw.pl

Na bieżąco:

I

nformacje

C

o nowego

Matematyka i przyroda:

A

stronomia

B

iologia

F

izyka

M

atematyka

M

odelowanie rzeczywistości

Humanistyka:

F

ilozofia

H

istoria

K

ultura antyczna

L

iteratura

S

ztuka

Czytaj:

B

iblioteka

D

elta

W

ielcy i więksi

Przydatne:

S

łowniki

C

o i gdzie studiować

W

szechświat w obrazkach

Jesteś tutaj:

Wirtualny Wszechśw iat

>

Biblioteka

>

Fizyka

> Czas. Niedokończona rew olucja Einsteina

Szukaj

Jesteś tutaj

CZAS.

Niedokończona

rewolucja Einsteina

Paul Davies

Rozdział 9:

- "Strzałka czasu"

Książka ta zagłębia się

w tajemnice czasu i jego

związków z fizyczną

naturą Wszechświata.

Paul Davies, profesor

Uniwersytetu

w Adelajdzie, znany

popularyzator fizyki

i kosmologii, otwiera

przed nami świat

cząstek elementarnych,

gdzie tkanka czasu

ulega rozerwaniu,

i czarnych dziur,

w których czas się

zatrzymuje. Autor

zastanawia się: Czy

pytanie o wiek

Wszechświata ma sens?

Czy czas wyłonił się

z Wielkiego Wybuchu?

Czy możliwe są podróże

w czasie? Czy czas

będzie miał swój koniec?

A wycieczki w stronę

literatury, filozofii

i psychologii

uatrakcyjniają tę

niezwykłą podróż po

krainie nauki

współczesnej. To

kolejny tytuł w serii

Na

ścieżkach nauki

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Sygnały z przyszłości

W 1941 roku John Wheeler, fizyk z Princeton, zyskał ucznia, Richarda
Feynmana, błyskotliwego młodego fizyka z Nowego Jorku. Feynman,
człowiek o barwnej osobowości i przebłyskach geniuszu, stał się jednym
z najlepiej znanych i najbardziej cenionych amerykańskich naukowców.
Muszę wyznać, że zawsze bawiła mnie myśl o współpracy tych dwóch
Amerykanów, tak różnych jak woda i ogień. Wheeler był człowiekiem
wytwornym, patrycjuszowskim, o eleganckich manierach i nienagannie
grzecznym. Jeden z kolegów stwierdził, że jest to doskonały dżentelmen,
w którego wnętrzu znajduje się doskonały dżentelmen. Z kolei Feynman
znany był ze swej zuchwałości, lekceważącego podejścia do innych,
zainteresowania kobietami, skłonności do robienia kawałów i gry na
bębenkach bongo.

Choć tak różni, Wheeler i Feynman tworzyli świetny zespół i przez wiele lat
owocnie i przyjaźnie współpracowali ze sobą. Podczas drugiej wojny
światowej, zanim obaj fizycy zostali przydzieleni do projektu Manhattan,
mającego na celu budowę bomby atomowej, postanowili zająć się naturą
czasu i zachowaniem fal elektromagnetycznych. Wheeler chciał wiedzieć, co
by było, gdyby przedwczesne fale elektromagnetyczne powstawały na równi
z opóźnionymi. Oznaczałoby to między innymi, że nadajnik radiowy wysyłałby
połowę z wytwarzanych fal w przeszłość, a połowę w przyszłość. Wydawało
się to niezbyt sensownym i bezcelowym zadaniem.

Jednak w nauce pomysł naprawdę dobry, który ma później zatriumfować,
często najpierw wydaje się szalony. Albo któryś z nich, albo obaj znali
odpowiedź z góry, inaczej mogli stracić dużo czasu na pokonanie trudności
obliczeniowych. Otrzymany wynik jest jednak dla większości ludzi zupełną
niespodzianką: okazuje się, że fale przedwczesne całkowicie znikają! Oto
wyjaśnienie. Gdy fale opóźnione z danego źródła na Ziemi rozchodzą się we
Wszechświecie, są stopniowo absorbowane przez napotkaną materię.
Podczas pochłaniania zaburzony zostaje układ ładunków elektrycznych,
w wyniku czego te oddalone ładunki emitują wtórne promieniowanie
elektromagnetyczne. Również to promieniowanie jest w połowie
przedwczesne, a w połowie opóźnione, zgodnie z przyjętym założeniem.
Jego składowe przedwczesne podróżują wstecz w czasie, a część z nich
dociera do pierwotnego źródła na Ziemi. Oczywiście, takie fale wtórne są
zaledwie nikłym echem fal pierwotnych, jednak miriady takich fal w całym
Wszechświecie mogą razem, po zsumowaniu, dawać znaczący efekt.
Wheeler i Feynman dowiedli, że w pewnych warunkach przedwczesne
promieniowanie wtórne może powodować podwojenie natężenia
opóźnionej pierwotnej fali elektromagnetycznej, dzięki czemu
promieniowanie odzyskuje pełną moc, eliminując zarazem fale
przedwczesne pierwotnego źródła przez interferencję destruktywną.
Ostatecznie, gdy zsumowane zostaną wszystkie fale i ich echa, zarówno te
poruszające się w przód, jak i w tył w czasie, okazuje się, że rezultat wygląda
jak czyste promieniowanie opóźnione. Czy to właśnie jest wytłumaczeniem
istnienia strzałki czasu w zachowaniu fal elektromagnetycznych?

Aby oryginalne rozumowanie Wheelera i Feynmana było poprawne, we
Wszechświecie musi znajdować się ilość materii wystarczająca do
zaabsorbowania całego promieniowania emitowanego w przestrzeń
kosmiczną. Innymi słowy, Wszechświat musi być nieprzezroczysty dla fal
elektromagnetycznych. Jest to bardzo surowy wymóg. Na pierwszy rzut oka
Wszechświat wydaje się zupełnie przezroczysty dla wielu długości fali.
W przeciwnym razie nie bylibyśmy w stanie zobaczyć odległych galaktyk.

Czy Jezus
jest Bogiem?

kazdystudent.pl

Jezus mówił, że jest
Bogiem. Oto, jak
udowodnił to śmiałe
zdanie.

27.8.2014

Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina - Paul Davies - Biblioteka - Wirtualny Wszechświat

http://www.wiw.pl/biblioteka/czas_davies/03.asp

2/3

Z drugiej jednak strony, nie ma żadnych ograniczeń dotyczących procesów
absorpcji, ponieważ echa przedwczesne (poruszające się w tył w czasie)
mogą podróżować wstecz w czasie i przestrzeni zarówno z bardzo odległej,
jak i bardzo bliskiej przyszłości. Zatem sukces teorii zależy od tego, czy
wyemitowane promieniowanie elektromagnetyczne zostanie w końcu
zaabsorbowane gdzieś w kosmosie, może wiele eonów potem.

Nie wiemy, czy istotnie tak będzie, ponieważ nie potrafimy przepowiedzieć
przyszłości. Możemy jednak ekstrapolować obecne trendy we
Wszechświecie i na podstawie posiadanej wiedzy spróbować odgadnąć.
Okazuje się, że wynik jest negatywny - czyli Wszechświat nie jest całkowicie
nieprzezroczysty. Wydaje się, że to dyskwalifikuje pomysł Wheelera
i Feynmana, niemniej pozostaje jeszcze bardziej intrygująca możliwość.
Przypuśćmy, że we Wszechświecie jest dość materii, by zaabsorbować
większość promieniowania, chociaż nie całe. Zgodnie z propozycją
Wheelera i Feynmana, prowadziłoby to do niecałkowitej eliminacji fal
przedwczesnych. Czy to możliwe, by istniały pewne fale przedwczesne
podróżujące w przeszłość - lub też nadchodzące z przyszłości - tak słabe, że
dotąd ich nie zaobserwowaliśmy?

W 1972 roku amerykański astrofizyk Bruce Partridge wybrał się na szczyt
góry, aby sprawdzić tę romantyczną hipotezę. Wziął ze sobą nadajnik
mikrofal z dużą anteną w kształcie stożka. Podczas bezchmurnych nocy
w sierpniu i wrześniu kierował antenę w stronę nieba, starannie unikając
Drogi Mlecznej, i włączał nadawanie. Antena wysyłała prosto w przestrzeń
kosmiczną fale elektromagnetyczne o częstości 9,7 gigaherca, w zwartych
impulsach o długości jednej milisekundy. W przerwach między impulsami
cała emitowana moc kierowana była na "ślepy" absorber dołączony do
aparatury. Układ był tak zaprojektowany, że zatrzymywał się tysiąc razy
w ciągu sekundy między emitowaniem fal radiowych w kosmos - które może
zostaną zaabsorbowane po upływie bilionów lat - a wysyłaniem fal na
absorber, gdzie czeka je natychmiastowa i pewna absorpcja. Partridge
dokładnie obserwował pobór mocy, zwracając uwagę, czy nie było żadnych
milisekundowych odchyleń. Następnie powtórzył tę procedurę, ustawiając
duży absorpcyjny ekran na stałe przed anteną, i przekonał się, że nie ma
żadnej różnicy w zachowaniu się układu.

Eksperyment ten opierał się na następującej teorii: jeśli jakiekolwiek
mikrofale są wysyłane w przeszłość, to z punktu widzenia "przesuniętego
w przód w czasie" oznaczałoby to, że energia elektromagnetyczna wpływa do
anteny, a nie z niej wypływa. W rezultacie wpływałaby ona do urządzenia,
nieco kompensując wydatki energii związane z emisją zwykłych opóźnionych
mikrofal. Jeśli tak by się działo, występowałaby niewielka różnica w poborze
mocy pomiędzy okresem, gdy antena promieniowała w przestrzeń
kosmiczną, a okresem, kiedy promieniowanie pochłaniane było całkowicie
przez absorber. Niestety, Partridge nie zaobserwował żadnych
milisekundowych odchyleń w poborze mocy, z dokładnością do jednej
miliardowej. Oczywiście, transmisja przedwczesnych fal radiowych, jeśli
w ogóle ma miejsce, jest nadzwyczaj słaba. Partridge oszacował, że tylko
3% mocy zostanie pochłonięte przez atmosferę, a mniej niż 1% przez
galaktyki: reszta trafi w bezkresne puste przestrzenie międzygalaktyczne. To,
czy fale te zostaną w końcu zaabsorbowane, zależy od sytuacji panującej
w odległej przyszłości Wszechświata - nawet od jego ostatecznego losu -
a na ten temat snuć możemy jedynie hipotezy. Może się okazać, że
Wszechświat jednak skutecznie pochłania mikrofale, a teoria Wheelera
i Feynmana jest poprawna. Niewykluczone też jednak, że jest ona błędna,
a 100% emitowanych fal to fale opóźnione. W każdym razie doświadczenie
Partridge'a oraz udoskonalona jego wersja, którą przeprowadził parę lat
później Riley Newman, stanowią jedyne w historii nauki przykłady
eksperymentów kosmologicznych (w przeciwieństwie do pasywnych
obserwacji).

Zupełnie inną propozycję poszukiwań fal przedwczesnych przedstawił
w 1969 roku Paul Csonka, fizyk z Oregonu. Jego eksperyment dotyczył
bardziej neutrin niż fal elektromagnetycznych. Rozumowanie jest takie, że
obiekty fizyczne rozpoznają ukierunkowanie czasu przez oddziaływanie ze
światem, więc obiekty nieznacznie oddziałujące z materią mogłyby mieć
słabsze "poczucie" czasu. Neutrina natomiast tak niesłychanie delikatnie
kontaktują się ze zwykłą materią, że w końcu - według Csonki - zupełnie
"tracą rozeznanie w czasie". Aby zobrazować, jak małe jest to oddziaływanie,
wystarczy powiedzieć, że typowe neutrino pochodzące ze Słońca (które jest
największym ich źródłem w okolicy) w tak nieznacznym stopniu odczuwa
wpływ materii we Wszechświecie, że najprawdopodobniej przebędzie milion

27.8.2014

Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina - Paul Davies - Biblioteka - Wirtualny Wszechświat

http://www.wiw.pl/biblioteka/czas_davies/03.asp

3/3

bilionów bilionów lat świetlnych, zanim zostanie rozproszone lub
pochłonięte. Zatem dla tych cząstek Wszechświat materialny jest prawie
całkowicie niewidzialny. Być może więc neutrina "nie wiedzą", w którym
kierunku płynie czas w świecie zewnętrznym, i czasami "robią rzeczy na
opak". Tak przynajmniej przypuszczał Csonka. Zaproponował on, by
przyjrzeć się z bliska wiązce pionów, które rozpadają się między innymi na
neutrina. Jeśli uczony ma rację, to wiązka pionów powinna nie tylko
wytwarzać wiązkę neutrin, lecz także "przyciągać" wiązkę pewnych
widmowych neutrin, składającą się z cząstek "z przeszłości", przybywających
akurat na czas rozpadu pionów (odpowiednik przedwczesnego
promieniowania Wheelera i Feynmana wśród neutrin). Csonka spekulował,
że być może uda się wykryć takie widmowe neutrina. Niestety, tak się
składa, że wykrycie jakichkolwiek neutrin, widmowych czy innych, stanowi
poważne wyzwanie właśnie ze względu na wątłość ich oddziaływania
z materią. Do dziś nikt pomysłu Csonki nie zweryfikował.

Według pisarza Paula Nahina, sam Einstein przejściowo zainteresował się
teorią Wheelera i Feynmana po seminarium na jej temat, które odbyło się
na Uniwersytecie w Princeton. Zauważył, że podstawowa idea była od lat
rozważana i, aby tego dowieść, odkopał pracę niemieckiego fizyka Hugo
Tetrodego, opublikowaną w 1922 roku. Co dowodzi jedynie tego, że nie ma
nic nowego pod Słońcem, nawet jeśli chodzi o czas.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[

góra strony

]

Wiw.pl

|

Na bieżąco

|

Informacje

|

Co nowego

|

Matematyka i przyroda

|

Astronomia

|

Biologia

|

Fizyka

|

Matematyka

|

Modelowanie rzeczywistości

|

Humanistyka

|

Filozofia

|

Historia

|

Kultura antyczna

|

Literatura

|

Sztuka

|

Czytaj

|

Biblioteka

|

Delta

|

Wielcy

i więksi

|

Przydatne

|

Słowniki

|

Co i gdzie studiować

|

Wszechświat w obrazkach

Copyright

©

Prószyński Media sp. z o.o.
2000-2011.
All rights reserved.