ลืมทุกสิ่งที่คุณคิดว่าคุณรู้เกี่ยวกับเวลา
เมื่อเดือนเมษายนปีที่แล้ว ในโรงละคร Faraday Theatre ที่มีชื่อเสียงของ Royal Institution ในลอนดอน Carlo Rovelli ได้บรรยายธรรมชาติของเวลาเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง ด้ายสีแดงทอดยาวบนเวที ซึ่งเป็นอุปมาอุปไมยของนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอิตาลี “เวลาเป็นเส้นยาว” เขากล่าว ทางซ้ายคืออดีต—ไดโนเสาร์ บิ๊กแบง—และทางขวาคืออนาคต—สิ่งที่ไม่รู้จัก “เรามาอยู่ที่นี่” เขาพูดพร้อมห้อยคาราบิเนอร์ไว้บนนั้นเพื่อเป็นสัญลักษณ์สำหรับปัจจุบัน
จากนั้นเขาก็พลิกสคริปต์ “ฉันจะบอกคุณว่าเวลาไม่ใช่แบบนั้น” เขาอธิบาย
Rovelli ท้าทายความคิดสามัญสำนึกของเราเกี่ยวกับเวลา โดยเริ่มจากแนวคิดที่ว่ามันเดินไปทุกที่ด้วยอัตราที่สม่ำเสมอ อันที่จริง นาฬิกาเดินช้าลงเมื่อพวกมันอยู่ในสนามแรงโน้มถ่วงที่แรงกว่า เมื่อคุณย้ายนาฬิกาที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งแสดงเวลาเดียวกันไปยังช่องต่างๆ เช่น เรือนหนึ่งอยู่ในอวกาศ อีกเรือนหนึ่งอยู่บนโลก แล้วนำกลับมารวมกันอีกครั้ง นาฬิกาจะแสดงเวลาที่ต่างกัน “มันเป็นความจริง” Rovelli กล่าว และนั่นหมายความว่า “หัวของคุณแก่กว่าเท้าของคุณ” นอกจากนี้ ผู้ที่ไม่ใช่ผู้เริ่มต้นก็คือความรู้สึกร่วมของ “ตอนนี้” เราไม่ได้แบ่งปันช่วงเวลาปัจจุบันกับใคร “ถ้าฉันมองคุณ ตอนนี้ฉันเห็นคุณ—ก็จริง แต่ไม่ใช่ เพราะแสงต้องใช้เวลากว่าจะมาถึงฉัน” เขากล่าว “ดังนั้นฉันจึงเห็นคุณเป็นแบบในอดีตเล็กน้อย” เป็นผลให้ “ตอนนี้” ไม่มีความหมายอะไรนอกจากฟองสบู่ชั่วคราว “ซึ่งเราสามารถเพิกเฉยต่อเวลาที่ต้องใช้แสงเพื่อกลับไปกลับมา”
Rovelli หันหลังให้กับแนวคิดที่ว่าเวลาไหลไปในทิศทางเดียว จากอดีตสู่อนาคต ซึ่งแตกต่างจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป กลศาสตร์ควอนตัม และฟิสิกส์ของอนุภาค อุณหพลศาสตร์ฝังทิศทางของเวลา กฎข้อที่สองระบุว่าเอนโทรปีทั้งหมดหรือความไม่เป็นระเบียบในระบบที่แยกจากกันไม่เคยลดลงเมื่อเวลาผ่านไป
แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าแนวคิดดั้งเดิมของเราเกี่ยวกับเวลาอยู่บนพื้นฐานที่แน่นแฟ้นยิ่งขึ้น Rovelli กล่าว เอนโทรปีหรือความไม่เป็นระเบียบเป็นเรื่องส่วนตัว: “ความเป็นระเบียบอยู่ในสายตาของคนที่มอง” กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความแตกต่างระหว่างอดีตและอนาคต การเติบโตของเอนโทรปีเมื่อเวลาผ่านไป ขึ้นอยู่กับผลกระทบระดับมหภาค—“วิธีที่เราได้อธิบายระบบ ซึ่งจะขึ้นอยู่กับวิธีที่เรามีปฏิสัมพันธ์กับระบบ” เขากล่าว
“ชีวิตของคุณหนึ่งล้านปีจะไม่ใช่ทั้งอดีตและอนาคตสำหรับฉัน ปัจจุบันจึงไม่ผอม มันหนาอย่างน่าสยดสยอง”
โรเวลลีเริ่มระมัดระวังตัวมากขึ้นเล็กน้อย ข้อโต้แย้งทางวิทยาศาสตร์ของเขาที่ว่าเวลาไม่ต่อเนื่อง—ซึ่งไม่ต่อเนื่องแต่มีควอนตัม—มีความมั่นคงน้อยกว่า “ทำไม? เพราะฉันยังทำมันอยู่! มันยังไม่มีในหนังสือเรียน” สมการสำหรับแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่เขาเขียนแนะนำสามสิ่ง เขากล่าวว่า “นาฬิกาวัด” ประการแรก มีเวลาน้อยที่สุด—หน่วยของมันไม่ได้เล็กอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ประการที่สอง เนื่องจากนาฬิกาเป็นควอนตัมเช่นเดียวกับวัตถุทุกอย่าง มันจึงสามารถอยู่ในการซ้อนทับของการอ่านเวลาได้ “คุณไม่สามารถพูดได้ว่าระหว่างเหตุการณ์นี้กับเหตุการณ์นี้เป็นช่วงเวลาหนึ่ง เพราะในกลศาสตร์ควอนตัม เช่นเคย อาจมีการกระจายความน่าจะเป็นของเวลาที่ผ่านไป” ซึ่งหมายความว่า ประการที่สาม ในความโน้มถ่วงของควอนตัม คุณสามารถมี “แนวคิดท้องถิ่นเกี่ยวกับลำดับเหตุการณ์ ซึ่งเป็นแนวคิดขั้นต่ำของเวลา และนั่นคือสิ่งเดียวที่ยังคงอยู่” Rovelli กล่าว เหตุการณ์ไม่ได้เรียงเป็นบรรทัด “แต่สับสนและเชื่อมโยงกัน” โดยไม่มี “ตัวแปรเวลาที่ต้องการ อะไรๆ ก็สามารถทำงานเป็นตัวแปรได้”
แม้แต่ความคิดที่ว่าปัจจุบันจะหายวับไปก็ไม่ถือเป็นการตรวจสอบข้อเท็จจริง เป็นความจริงอย่างแน่นอนว่าปัจจุบันนั้น “สั้นจนน่าใจหาย” ในฟิสิกส์แบบนิวตันแบบคลาสสิก “แต่นั่นไม่ใช่วิธีการออกแบบโลก” Rovelli อธิบาย แสงติดตามรูปกรวยหรือวงกลมขนาดใหญ่ติดต่อกันในกาลอวกาศสี่มิติ เช่น ระลอกคลื่นบนสระน้ำที่ขยายใหญ่ขึ้นเมื่อเคลื่อนที่ ไม่มีข้อมูลใดสามารถข้ามขอบเขตของกรวยแสงได้ เนื่องจากข้อมูลนั้นต้องการข้อมูลในการเดินทางที่เร็วกว่าความเร็วแสง
“ในกาลอวกาศ อดีตคืออะไรก็ตามที่อยู่ในกรวยแสงในอดีตของเรา” โรเวลลีกล่าว พร้อมกับทำท่าทางเป็นรูปกรวยกลับหัวด้วยมือของเขา “ดังนั้น อะไรก็ตามที่อาจส่งผลกระทบต่อเรา อนาคตเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม” เขาพูดต่อไป ตอนนี้ทำท่ากรวยตั้งขึ้น “ดังนั้น ระหว่างอดีตกับอนาคต มันไม่ได้มีแค่เส้นเดียว—มันมีเวลาอีกมหาศาล” Rovelli ขอให้ผู้ชมจินตนาการว่าเขาอาศัยอยู่ใน Andromeda ซึ่งอยู่ห่างออกไป 2.5 ล้านปีแสง “ชีวิตของคุณหนึ่งล้านปีจะไม่ใช่ทั้งอดีตและอนาคตสำหรับฉัน ปัจจุบันจึงไม่ผอม มันหนาอย่างน่าสยดสยอง”
เมื่อฟังคำอธิบายของ Rovelli ฉันนึกถึงวลีจากหนังสือเล่มใหม่ของเขา The Order of Time: Studying Time “ก็เหมือนกับการถือเกล็ดหิมะไว้ในมือ ค่อยๆ ศึกษามัน ค่อยๆ ละลายระหว่างนิ้วและหายไป”
เวลาในฟิสิกส์คืออะไร?
ทฤษฎีของเวลาดูตรงไปตรงมา แต่นักฟิสิกส์เห็นว่าเป็นแนวคิดที่ท้าทายที่จะเข้าใจอย่างถ่องแท้ วิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ให้คำจำกัดความของเวลาเป็นหน่วยวัดของวินาที นาที ชั่วโมง ฯลฯ อย่างไรก็ตาม “เวลา” คืออะไร เป็นเรื่องที่ยากกว่าที่จะกล่าวถึงในวิชาฟิสิกส์ ตามที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ เวลาคือการวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณทางกายภาพ เช่น ตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าหรือการเต้นของหัวใจ เป็นขนาดที่ใช้ในการวัดระยะเวลาของเหตุการณ์ที่แตกต่างกัน เวลายังเป็นเส้นแบ่งที่ไม่มีที่สิ้นสุดและไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งไม่สามารถหาปริมาณได้
เวลาเป็นแนวคิดพื้นฐานที่เป็นส่วนประกอบของการศึกษาด้านอื่นๆ ตัวอย่างเช่น เวลามีบทบาทในทฤษฎี เช่น ความเร็วและความเร็ว เป็นตัวแปรที่ใช้ในการคำนวณตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของวัตถุอีกด้วย การศึกษาเวลาในเชิงลึกจะช่วยให้เข้าใจแนวคิดเหล่านี้และช่วยให้สามารถศึกษาและทำความเข้าใจในระดับที่ลึกขึ้นได้ หน่วยมาตรฐาน (หน่วย SI) สำหรับเวลาที่ใช้คือวินาที
หลักสูตรแบบทดสอบบทเรียน
ความสำคัญของการศึกษาเวลาในวิชาฟิสิกส์
ฟิสิกส์เป็นศาสตร์เดียวที่ศึกษาเวลาโดยเฉพาะ เวลาและการบอกเวลามีความสำคัญมากขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริง ทั้งเพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์และทั่วไป ด้วยเหตุนี้จึงมีการประสานงานในระดับนานาชาติโดยใช้นาฬิกาอะตอมที่แม่นยำมาก เนื่องจากมีการใช้ปัจจัยหลายอย่างในการวัดเวลา จึงใช้มาตรฐานเวลาหลายมาตรฐาน เวลามาตรฐานคือสิ่งที่ใช้ในชีวิตจริงสำหรับคนส่วนใหญ่ โดยคำนึงถึงตำแหน่งของบุคคลบนโลกและแบ่งโลกออกเป็นเขตเวลาต่างๆ International Atomic Time (TAI) ใช้นาฬิกาอะตอมมากกว่า 200 ตัวในการหาค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก มีการซิงโครไนซ์โดยใช้สัญญาณ GPS และดาวเทียม โดยนาฬิกาที่สนับสนุนจะปรับตามตำแหน่งเหนือระดับน้ำทะเล เวลาสากล (UT) ขึ้นอยู่กับการหมุนของโลกและคำนวณโดยใช้การสังเกตปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ (รวมถึงการสังเกตดวงดาวและควาซาร์) ดวงจันทร์และดาวเทียมประดิษฐ์ และวงโคจรของดาวเทียม GPS
อย่างไรก็ตาม มาตรฐานเวลาหลักที่ใช้โดยผู้มีอำนาจในการควบคุมนาฬิกาคือเวลาสากลเชิงพิกัด (UTC) UTC แตกต่างจากมาตรฐานเวลา UT ประมาณ 0.9 วินาที UTC ใช้คำจำกัดความของวินาทีเช่นเดียวกับ TAI แต่แตกต่างจากมาตรฐานเวลานี้เล็กน้อยซึ่งเกิดจากการปรับวินาทีเพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยต่อการหมุนของโลกและเหตุการณ์กลียุคตามธรรมชาติ
ทฤษฎีเวลา
คำจำกัดความและแนวคิดของเวลามีการเปลี่ยนแปลงตลอดหลายปีที่ผ่านมา ในอดีต เวลาถือเป็นค่าสัมบูรณ์ที่ผู้สังเกตการณ์แต่ละคนจะมองเห็นในลักษณะเดียวกัน ตั้งแต่มีการนำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นั่นก็เปลี่ยนไป เวลาถูกมองว่าเป็นแนวคิดที่ซับซ้อนซึ่งสัมพันธ์หรือเชื่อมโยงกับตำแหน่งของผู้สังเกตการณ์ ขณะนี้มีหลายทฤษฎีเพื่ออธิบายว่าเวลาคืออะไรและทำงานอย่างไร ส่วนต่อไปนี้สรุปพื้นฐานของทฤษฎีเวลาปัจจุบันต่างๆ
ทฤษฎีเวลาในฟิสิกส์คลาสสิก
เวลาโดยทั่วไปถือว่าเวลาในฟิสิกส์คลาสสิกเป็นเวลาสัมบูรณ์ บางครั้งเรียกว่าเวลานิวตัน เพราะไอแซก นิวตันสนับสนุนอย่างแข็งขัน เวลาสัมบูรณ์หมายความว่าเวลาไม่ขึ้นกับบุคคลหรือสิ่งใดที่รับรู้ มันเคลื่อนที่เป็นจังหวะสม่ำเสมอไปทั่วทั้งจักรวาล เชื่อกันว่ามีคุณสมบัติที่มองไม่เห็นทางคณิตศาสตร์ แนวคิดนี้เป็นวิธีที่คนส่วนใหญ่เห็นและสัมผัสกับการไหลของเวลา
ทฤษฎีเวลาในควอนตัมฟิสิกส์
ทฤษฎีสัมพัทธภาพมีบทบาทสำคัญในควอนตัมฟิสิกส์ ซึ่งพิจารณาอย่างใกล้ชิดเกี่ยวกับอนุภาคของอะตอมเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมของพวกมันและวิธีที่พวกมันควบคุมวิธีการทำงานของสิ่งต่างๆ เวลาสัมพัทธภาพคือแนวคิดที่ว่าเวลาเชื่อมโยงกับตำแหน่งที่ตั้งของผู้สังเกต ดังนั้น จะแตกต่างกันสำหรับผู้สังเกตในสถานที่ต่างๆ ที่มีการเคลื่อนไหวต่างกัน ซึ่งหมายความว่าไม่มีเวลาเดียว เนื่องจากการรับรู้อาจเปลี่ยนแปลงหรือล่าช้าภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน
แนวคิดในกลศาสตร์ควอนตัมคือการที่แง่มุมต่างๆ ของชีวิตและจักรวาลถูกวัดปริมาณ (ประกอบด้วยแพ็คเก็ตที่ไม่ต่อเนื่องและแบ่งแยกไม่ได้เรียกว่าควอนตัม) อย่างไรก็ตาม เวลาเป็นคุณสมบัติที่ราบรื่นและต่อเนื่องซึ่งไม่สามารถวัดปริมาณได้ มีการทดสอบเพื่อทดสอบทฤษฎีนี้ โดยสังเกตการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นในระยะเวลาที่น้อยที่สุดที่สามารถวัดได้ (ประมาณ 10-15 วินาที) และได้แสดงเวลาที่ราบรื่นและต่อเนื่อง
บล็อกทฤษฎีจักรวาลแห่งเวลา
ทฤษฎีบล็อกจักรวาลนำทฤษฎีเวลาไปในทิศทางใหม่ทั้งหมด ตามทฤษฎีนี้ เวลาเป็นเพียงภาพลวงตา และสมองของมนุษย์ถูกหลอกให้เชื่อว่าเวลาเคลื่อนไปข้างหน้าด้วยความต่อเนื่องเชิงเส้น ทฤษฎีบล็อกเอกภพระบุว่าเวลาและพื้นที่ทั้งหมดบรรจุอยู่ในบล็อกสี่มิติ และอดีต ปัจจุบัน และอนาคตทั้งหมดมีอยู่พร้อมกันภายในบล็อกนี้ แนวคิดดังกล่าวทำให้การเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แน่นอนว่ามีข้อ จำกัด ในการเดินทางข้ามเวลาแม้ว่าจะมีทฤษฎีนี้ก็ตาม ผู้คนจำเป็นต้องสร้างความสามารถในการเดินทางด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง และใช้รูหนอนเพื่อเดินทางจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งในกาลอวกาศ
สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ eduferres.com