Che cosè il tempo, scorre e, in caso affermativo, cosa ne definisce la direzione?

Cosa intendono i fisici per tempo?

Inizieremo con la semplice domanda cosa intendono i fisici per tempo .

Nota che è facile confondersi tra i concetti di tempo e il flusso del tempo . Quando i non fisici parlano di tempo, di solito intendono il flusso del tempo, cioè il fatto che nellesperienza umana il tempo scorre inesorabilmente in avanti (a un secondo al secondo). Andremo su questo, ma per ora ignoreremo la domanda sul perché il tempo scorre e ci occuperemo solo di cosa significa il tempo per un fisico.

Se vuoi localizzare una posizione nello spazio, un metodo è per impostare alcuni assi, ad es $ x $ , $ y $ e $ z $ assi e puoi quindi identificare in modo univoco qualsiasi punto nello spazio mediante le sue coordinate $ (x, y, z) $ .

Per distinguere tra eventi che si verificano nello stesso punto nello spazio ma in momenti diversi dobbiamo specificare quando si è verificato un evento e dove è successo, quindi aggiungiamo una coordinata temporale $ t $ . Gli eventi possono quindi essere individuati in modo univoco dalle loro coordinate spazio-tempo $ (t, x, y, z) $ . Per un fisico il tempo è solo una coordinata usata per specificare gli eventi nello spaziotempo. Nella figura 1 sopra abbiamo un asse $ x $ che si estende da $ – \ infty $ a $ \ infty $ , un $ y $ che si estende da $ – \ infty $ a $ \ infty $ e un asse $ z $ che si estende da $ – \ infty $ a $ \ infty $ . A questi un fisico aggiunge un asse $ t $ che va da $ – \ infty $ a $ \ infty $ , e questo è il tempo – solo una coordinata.

Ma lesperienza quotidiana ci dice che il tempo è speciale – certamente diverso dallo spazio – quindi ciò che giustifica lopinione del fisico che il tempo sia solo una coordinata? Per capire questo inizio con il tempo nel mondo di tutti i giorni come descritto dalla meccanica newtoniana.

Supponiamo che io abbia impostato un sistema di coordinate con me stesso allorigine, $ x $ a est, $ y $ a nord e $ z $ verso lalto. Per tempo userò il mio orologio da polso. E supponiamo che tu faccia lo stesso, ma diciamo che sei in un paese diverso da me. I nostri due gruppi di coordinate non corrispondono, perché i nostri assi Est, Nord e superiore puntano in direzioni diverse.

Oppure supponi di spostarti rispetto a me. Anche ignorando la curvatura della superficie terrestre, le nostre coordinate non corrisponderanno perché la tua origine si muove costantemente rispetto alla mia origine: ciò che mi sembra stazionario si muove nelle tue coordinate e viceversa .

Quindi le coordinate spaziali dipendono dallosservatore. Tuttavia il tempo è assoluto. Supponendo di utilizzare entrambi Greenwich Mean Tim e (o qualche altro standard simile), saremo sempre entrambi daccordo sullora, indipendentemente da dove ci troviamo sulla Terra o da dove siamo in movimento luno rispetto allaltro. Nella meccanica newtoniana il tempo è speciale per questo motivo, quindi ha senso considerarlo separatamente dallo spazio.

Tuttavia dal 1905 sappiamo che per descrivere correttamente il mondo che ci circonda dobbiamo usare la relatività speciale, e nella relatività il tempo non è lo stesso per tutti gli osservatori. Torniamo per un momento alla meccanica newtoniana ordinaria e supponiamo che tu ti stia muovendo rispetto a me lungo lasse $ x $ a una certa velocità $ v $ .Se disegniamo i miei $ t $ e la posizione $ x $ assi e i tuoi $ t $ e $ x $ assi che avrebbero:

I nostri due assi temporali puntano nella stessa direzione, quindi siamo entrambi daccordo su cosa significa per definire un asse temporale. Ma ora supponi di muoverti a velocità relativistica $ v $ e traccia lo stesso diagramma.

Quando includiamo la relatività speciale, i nostri assi non puntano più nella stessa direzione. Se disegno il mio asse del tempo verso lalto, rispetto a me il tuo asse del tempo viene ruotato di un angolo $ \ theta $ dato da:

$$ \ tan (\ theta) = \ frac {v} {c} $$

Quindi la tua direzione temporale è un misto del mio tempo e spazio . Vedresti esattamente lo stesso: se disegni il tuo asse del tempo verso lalto, vedresti il mio asse del tempo ruotato di $ – \ theta $ . In effetti abbiamo diverse definizioni di tempo, e in effetti questo è il motivo per cui otteniamo la dilatazione del tempo nella relatività.

Il punto di tutto questo è che nella relatività il tempo non è definito in modo univoco. Quando consideriamo le coordinate utilizzate da diversi osservatori, scopriamo che il tempo e lo spazio si confondono. Il tempo non è più distinto dallo spazio, ed è per questo che i fisici lo considerano solo una delle quattro coordinate che insieme formano lo spaziotempo quadridimensionale.

Come scorre il tempo?

Il precedente sezione ha spiegato cosa intendono i fisici per tempo, ma non ha fatto menzione del tempo che scorre. Questo perché nella relatività il tempo non scorre – più precisamente il flusso del tempo non esiste come concetto.

Questo richiederà alcune spiegazioni, quindi lasciami provalo usando un semplice esempio. Supponiamo che ti lanci una palla e tu la prenda. Lesperienza quotidiana ci dice che il tempo scorre in avanti e mentre lo fa la palla si solleva dalla mia mano e poi cade nella tua mano. Se rappresentiamo graficamente laltezza della palla, $ h $ , rispetto al tempo, $ t $ , noi otterrò qualcosa del tipo:

Nella fisica newtoniana questo ha una bella e semplice interpretazione: il tempo scorre in avanti e laltezza è una funzione del tempo. Possiamo scrivere laltezza come $ h (t) $ . Ma ora lasciami disegnare un grafico diverso. Rappresento graficamente laltezza della palla, $ h $ , rispetto alla distanza, $ d $ , la palla viaggia orizzontalmente mentre si sposta da me a te:

Questo sembra terribilmente come il grafico precedente, e infatti posso scrivere laltezza della palla in funzione della distanza orizzontale percorsa, $ h (d) $ . Ma non diremmo che la distanza $ d $ scorre in avanti e laltezza cambia mentre lo fa, perché, beh, il tempo è diverso dalla distanza. I due grafici sono solo viste diverse di un grafico quadridimensionale che mostra la traiettoria della palla nello spaziotempo (disegnerò solo tre dimensioni perché non posso fare 4D grafici):

Nella sezione precedente ho spiegato che il tempo è solo una coordinata, come le coordinate spaziali, quindi questo grafico non mostra il tempo che scorre più di quanto la distanza o laltezza scorrano. La traiettoria della palla è solo una linea in un 4D.

In relatività chiamiamo grafici come le linee del mondo sopra, dove la linea del mondo è solo linsieme di tutti i punti dello spaziotempo $ (t, x, y, z) $ che la palla occupa durante la sua traiettoria. Questa linea del mondo è un oggetto fisso nello spaziotempo quadridimensionale – non cambia con il tempo. Tutto ciò che cambia è la posizione della palla sulla linea del mondo. Questo è il motivo per cui diciamo che il tempo non scorre. Il tempo è solo una delle quattro dimensioni che occupa la linea del mondo.

Infatti qualsiasi proprietà fisica, pressione di un gas, forza di un campo gravitazionale, o qualsiasi altra cosa, può essere scritta come una funzione nelle quattro dimensioni spazio-tempo, $ F (t, x, y, z) $ . Scritto in questo modo, loggetto geometrico $ F $ esiste in tutto lo spazio e in tutto il tempo: non è qualcosa che si evolve nel tempo più di quanto non sia qualcosa che si evolve nello spazio.In linea di principio potremmo avere una funzione che rappresentasse lintero universo, $ \ mathcal {F} (t, x, y, z) $ , e questo esisterebbe per tutti valori di $ t $ , $ x $ , $ y $ e $ z $ . Questa idea (o una serie di idee simili) è chiamata universo a blocchi : lidea che lintero universo esista simultaneamente e il tempo non scorre.

A questo punto dovrei notare che molti fisici, e immagino la stragrande maggioranza dei non fisici, direbbero che questo è solo un trucco matematico ed è assurdo dire che il tempo non scorre. Non farò alcun commento, tranne per dire che questo ci porta piacevolmente allultima delle nostre domande.

Perché cè una freccia del tempo?

Per quanto matematicamente convincente lidea di un universo a blocchi può essere, resta il fatto che la nostra esperienza quotidiana ci dice che:

1. il tempo scorre

2. esso scorre in una direzione: in avanti e mai indietro

Quindi, come conciliare questo con lidea di un universo a blocchi? Molti fisici ci hanno riflettuto molto e ci sono molti punti di vista diversi. Tuttavia, esiste un certo consenso sul fatto che sia correlato all entropia . In effetti questo è incapsulato nella seconda legge della termodinamica, che in parole povere afferma che per ogni sistema isolato lentropia aumenta sempre e solo.

Considera qualche meccanismo. Non ci preoccuperemo esattamente di cosa si tratti, ad esempio potrebbe essere qualcosa di meccanico, una nuvola di gas interstellare o un cervello umano. Quando parliamo di tempo che scorre in avanti, intendiamo che lo stato della macchina cambia in una direzione specifica, ad es. un orologio ticchetta in avanti e la seconda legge della termodinamica ci dice che cambia nella direzione dellaumento dellentropia.

Supponendo che il cervello umano sia solo un meccanismo, cambia nella direzione dellaumento dellentropia proprio come ogni altro meccanismo. Ma se la coscienza è il risultato del cambiamento del cervello, ne consegue che qualsiasi essere cosciente osserverà i meccanismi che cambiano nella direzione dellaumento dellentropia. Questa non è tanto una legge fisica quanto una correlazione. Poiché il nostro cervello cambia nella stessa direzione (di crescente entropia) di tutto il resto, ciò significa che osserveranno necessariamente che tutto cambia in questa stessa direzione. Chiamiamo questa direzione aumento del tempo.

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Se mi è consentito un parere personale, direi che tutto questo sembra un po banale – troppo bello per essere vero – e sembra una spiegazione sospettosamente semplice per qualcosa di complicato come luniverso. Tuttavia non ho suggerimenti migliori da dare. In effetti, non credo che qualcuno abbia un suggerimento migliore, o almeno non uno abbastanza migliore da convincere larghe fasce della comunità dei fisici.

Commenti

• Ho un piccolo problema qui: se il tempo e lo spazio sono ” equivalenti “, allora perché per ogni dato t cè solo un punto sulla worldline, mentre per un dato valore di x potrebbero esserci 0, o 1, o molti punti della worldline.
• Non abbiamo esempi noti di rilevamento di fenomeni fisici che non siano continui in tempo. Quello che hai descritto sarà un oggetto molto strano che esiste simultaneamente in più posizioni in un frame
• Ottima risposta, ma ‘ vorrei fare un piccolo commento riguardo la palla e la linea del mondo. Dici che ” la linea del mondo non ‘ t cambia con il tempo, tutto ciò che cambia è la palla ‘ s posizione sulla linea del mondo “. Penso che questo contraddica il messaggio generale; sarebbe più vicino al punto di vista del fisico dire che la palla è la linea del mondo, tutto in una volta. Se dici che la palla si muove, ‘ non ti sei sbarazzato del ” flusso del tempo ” concept.
• Ho un dubbio su questo. Posso mantenere la posizione di un oggetto in (x, y, z) ma ‘ t mantenere la coordinata temporale. Allora come spiegheresti che il tempo è lo stesso degli altri 3 assi qui in questo caso?
• Bella risposta fino a ” Supponendo che il cervello umano sia solo un meccanismo , cambia nella direzione di aumentare lentropia proprio come ogni altro meccanismo. ” Vedi, il cervello è un sottosistema, più ordinato di ciò che lo circonda, il che è perfettamente legale. La vita è ordine che sputa disordine. Quindi collegare la nostra forma fisica alla nostra percezione del tempo richiederà qualche riflessione in più. Non dire che non può ‘ essere fatto.

Che cosa è lora?

Come disse Einstein, il tempo è ciò che misurano gli orologi . E se dai unocchiata a ciò che fa effettivamente un orologio, se apri un orologio e dai una fredda occhiata scientifica allevidenza empirica, vedrai degli ingranaggi che girano o un cristallo che oscilla. Vedrai che lorologio presenta una sorta di movimento ciclico regolare insieme a qualcosa come ingranaggi o un dispositivo di conteggio, e fornisce una sorta di visualizzazione cumulativa della cosa che chiamiamo “il tempo”. Tuttavia, tutto ciò che è realmente accaduto è che gli ingranaggi ecc. Si sono spostati e la mano grande si è spostata insieme alla mano piccola. in particolare quando si pensa alla natura ondulatoria della materia. La velocità massima di movimento è la velocità della luce, quindi il movimento macroscopico attraverso lo spazio necessariamente si traduce in una riduzione della velocità di movimento locale. Vedere il semplice inferenza della dilatazione del tempo su Wikipedia.

Fluisce?

No, lacqua scorre. Puoi vederla scorrere. Ma quando provi a vedere il scorrere del tempo , tutto ciò che puoi vedere sono ingranaggi che girano o un cristallo che oscilla. Lidea che il tempo scorre è solo una figura retorica, unastrazione. La luce si muove, i pianeti si muovono, il sangue si muove, i segnali elettrochimici si muovono, gli ingranaggi si muovono. Tutto si muove e tu puoi vedere questo movimento. Ma tu non riesco a vedere il tempo che scorre. Perché non “t. Un orologio non è un contatore del gas cosmico che misura il flusso del tempo. Apri un contatore del gas e troverai il gas che scorre attraverso di esso. Apri un orologio e non” trova il tempo che scorre attraverso di essa.

e, in caso affermativo, cosa ne definisce la direzione?

Non cè tempo direzione. Anche questa è unastrazione. Puoi indicare questa direzione? No. Puoi muoverti in questa direzione del tempo? No. Poiché il tempo è solo una misura cumulativa del movimento, non puoi muoverti attraverso una misura del movimento e non cè direzione puoi prendere.

Cosa intendono i fisici per tempo?

La maggior parte i fisici intendono lo stesso di chiunque altro, ma alcuni vi diranno che è “una coordinata, che è unaltra cosa astratta, piuttosto che qualcosa associato al movimento o al cambiamento.

Commenti

• La fisica senza tempo è davvero più semplice e si adatta molto meglio sia alla relatività che alla fisica quantistica. Non ‘ penso che questo sia il problema con la tua risposta. A me sembra troppo semplificato, al punto che ‘ è un po fuorviante. Ad esempio, certo, il tempo è ciò che misurano gli orologi. Ma cosè che ci porta a sviluppare orologi sempre più precisi? Ovviamente, dobbiamo avere un modo per misurare la precisione degli orologi. I pianeti si muovono? Bene … hanno slancio. Ma a parte questo, ‘ stanno ancora occupando solo alcuni punti specifici nello spaziotempo. Lo slancio è direzionale, nello spazio e nel tempo.
• Anche largomento relativo al vedere il flusso del tempo non ‘ funziona molto bene (e di nuovo, ‘ sono abbastanza convinto che la fisica senza tempo sia la spiegazione migliore qui). Se ‘ ci muoviamo con lo stesso flusso di tempo di tutto ciò che ci circonda, come potremmo mai percepire il flusso? ‘ è un po come trovarsi su un enorme mulino a filo che trasporta il mondo intero: puoi ‘ t percepire il movimento, perché tutto si sta muovendo alla stessa velocità. Infine, qual è ‘ la differenza tra il ” tempo è una misura del movimento e del cambiamento ” e ” il tempo è una coordinata e il movimento e il cambiamento coinvolgono quella coordinata “?
• @ Luaan: lì non è un tapis roulant. Non cè movimento nel tempo. Il flusso del tempo è solo un modo di dire. Un certo punto nello spaziotempo è una cosa astratta. Quindi è quella coordinata del tempo. Viviamo in un mondo di spazio e movimento. Questa ‘ è la realtà oggettiva empirica. ‘ è così semplice.
• Questa risposta va troppo oltre. Sì, ‘ è abbastanza ovvio che le cose che usiamo nel nostro cervello per adattarci meglio allambiente non sono le cose che esistono effettivamente nel nostro ambiente (” la mappa non è un territorio “). Pertanto il ” tempo ” appartiene alla stessa categoria della ” disoccupazione ” o ” law ” o ” numero 7 “. Sì. Ma poi la risposta lascia cadere largomento come se fosse tutto da dire. No, no e no!Se devo mappare le cose nel mio cervello, ho ancora bisogno di inventare, usare e discutere concetti come disoccupazione, legge, numero 7, ecc., E anche tempo e freccia del tempo. Questi sono giocattoli estremamente utili nel nostro cervello.
• Lanalogia con lacqua che scorre mi mette a disagio. Dici che lacqua scorre e che puoi vederla scorrere. Ma lo vedi solo scorrere con il passare del tempo. Se il tempo fosse ” in pausa “, anche il flusso dacqua si fermerebbe e non vedresti alcun flusso. Lespressione ” acqua scorre ” implica lo scorrere del tempo, anche se non è possibile osservarlo direttamente. Per come la vedo io, devi prenderli entrambi o nessuno dei due. Se il tempo non ‘ t scorre, allora non puoi ‘ dire nemmeno che lacqua scorre: tutto ciò che puoi fare è descrivere la posizione del acqua in termini di varie coordinate spaziotemporali.

Bene, lascia che anche io ci provi:

• Cosa intendono i fisici per tempo? Vorrei iniziare con una citazione di Hermann Weyl:

Il mondo semplicemente è , non accada . Solo allo sguardo della mia coscienza, strisciando lungo la linea di vita del mio corpo, una parte di questo mondo prende vita come unimmagine fugace nello spazio che cambia continuamente nel tempo.

Quando scrive “Il mondo semplicemente è ” ovviamente non sta usando è nel senso di “esistente nel tempo”. Il tempo (come inteso nella citazione) viene allesistenza per mezzo della nostra coscienza (che divide il mondo in un passato e un futuro, ma che in realtà “sono” proprio lì) che “striscia su” lungo la linea di vita del nostro corpo. Unanalogia potrebbe essere un organetto insieme a un rotolo di carta punteggiato. Siamo lorgano a botte (coscienza) e ci muoviamo lungo il rullo (il mondo che è semplicemente), producendo così la musica che è già presente nella sua interezza. Questo è anche ciò che pensava Einstein:

Per noi, che siamo fisici convinti, la distinzione tra passato, presente e futuro non ha altro significato se non quello di unillusione, sebbene tenace.

Penso che questo sia il modo in cui la maggior parte dei fisici pensa al tempo (il venire allesistenza, per mezzo della nostra coscienza del movimento di un mondo che è semplicemente; il passato , presente e futuro coesistono). Ma per certo, ci sono alcuni (o molti, non ho indagato) che pensano che il tempo esista oggettivamente.

Perché da Allo stesso modo, possiamo dire che è il mondo che cambia continuamente e non a priori “semplicemente è”. La nostra coscienza percepisce questo mondo in costante cambiamento come un mondo in cui cè tempo. Oppure, nellanalogia dellorgano a botte, non ci muoviamo lungo il rullo musicale, ma il rullo musicale si dispiega davanti a noi (senza che tutta la musica sia già presente).

Il tempo sarebbe quindi costituito dal costante configurazione mutevole di tutte le particelle elementari. Penso che si possa dire che il tempo è quindi un fenomeno che emerge dal comportamento collettivo di particelle veramente elementari per le quali il tempo non esiste. Come può esistere il tempo per una particella veramente elementare se rimane sempre la stessa? In altre parole, come può invecchiare? Linvecchiamento, un buon esempio di tempo, emerge dal comportamento collettivo delle particelle elementari.

• Come scorre il tempo? Non posso rispondere a questa domanda perché il tempo non può scorrere. Che è, credo, come pensa la maggior parte dei fisici. Le particelle elementari in movimento da cui il tempo emerge ovviamente possono fluire. spazio, con il quale il tempo forma uno spaziotempo assoluto. Soggettivamente si può percepire il tempo come “fluire” molto lentamente (quando si ha un brutto momento) o molto veloce (“il tempo è volato molto velocemente quando ci siamo baciati”), ma questa “è una domanda di parole. Oppure guarda la situazione in cui sogni: lorologio accanto al tuo letto dice che sono passati cinque minuti, ma nel tuo sogno sembrava che fosse passato molto più tempo. Anche per gli animali la percezione del tempo può essere molto diversa. Ma questo a parte. Quindi la risposta alla tua domanda è che il tempo non può scorrere nel senso consueto. Il che significa che non ha nemmeno una direzione.

• Perché cè una freccia del tempo? Per prima cosa, lasciatemi sottolineare che la freccia del tempo non implica che il tempo abbia una direzione. La freccia non punta a un punto nello spazio. La freccia non punta né dal passato al futuro, perché il tempo ovviamente non ha direzione nel tempo. La freccia del tempo significa semplicemente che il passato è diverso dal futuro e una freccia è una buona analogia per affrontare questo problema. Quindi la domanda che ti fai è in effetti: “Perché il passato è diverso dal futuro?”Secondo la seconda legge della termodinamica, il comportamento collettivo di tutte le particelle nellUniverso è tale che le particelle tendono a configurarsi sempre più disordinate (se la configurazione iniziale non è in uno stato disordinato massimo). Ora, per definizione, il passato dellUniverso si trova in uno stato più ordinato di quello in cui si trova il futuro. Puoi chiederti cosa accadrebbe se i movimenti di tutti i campi di particelle fossero invertiti (cosa che può essere fatta solo nella mente, ma il defunto Stephen Hawkins pensò una volta che ciò sarebbe accaduto se lUniverso fosse passato dallespansione alla contrazione, un pensiero di cui in seguito ha fortunatamente ammesso che era sbagliato). Qualcosa a cui pensare!

• Se vuoi una risposta breve, allora:
  • I fisici intendono principalmente un asse di coordinate, quando parlano di tempo. Anche nella teoria della relatività stiamo misurando il tempo in metri!
• Come scorre il tempo?
  • Direi piuttosto: come va. Nella teoria della relatività noi “ presumiamo ” che il tempo passi con la velocità della luce . Definiamo la direzione del tempo da quella “ definizione “:
    • La direzione del passare del tempo è la stessa direzione in cui lentropia cresce. Se non sai cosè lentropia, in poche parole lentropia è una misura della disorganizzazione della materia. Quindi il tempo sta passando nella direzione in cui aumenta la disorganizzazione delle particelle nel nostro universo.

Era un breve risposta e non era estremamente preciso, ma se desideri una spiegazione più approfondita di queste cose puoi leggere molti libri e guardare molti video su YouTube su questo argomento. Spero che la mia risposta sia stata utile.

Adotterò un punto di vista diverso rispetto ad altre risposte. Il flusso del tempo può essere utilizzato nella relatività.

Alcune risposte precedenti e questa risposta a Ci vuole davvero un tempo infinito (dellosservatore) prima che qualcuno cada in un buco nero? puntare al tempo come nel Block Universe . Lo spazio-tempo è un blocco 4D immutabile. Il tempo non scorre.

Secondo questa risposta a Understan fenomeni emergenti nelluniverso a blocchi. (Domanda riformulata) , affinché esista un flusso di tempo, dovrebbe esserci un parametro fisicamente significativo $ \ lambda $ che definirebbe il flusso tramite $ dt / d \ lambda $ sul blocco 4D. Non cè flusso. Le persone definiscono un parametro affine come questo tutto il tempo nella relatività generale, ma non ha alcun significato fisico.

In questa visione, io sono qualcosa come un rullino. Ogni fotogramma sono io in un momento particolare. Ogni fotogramma esiste in modo indipendente, indipendentemente dal fotogramma ” ora ” o dal fatto che il film venga riprodotto o meno. In ogni fotogramma, sono in uno stato che sente il flusso del tempo e ricorda il passato.

Tuttavia, poiché questa risposta a In che modo la posizione di una particella può essere casuale e incerta nella meccanica quantistica se è già predeterminata nella relatività? chiarisce che questa visione non significa il futuro è predeterminato in un modo che è incompatibile con la meccanica quantistica. Tuttavia le funzioni donda e le misurazioni della meccanica quantistica risultano, gli eventi risultanti possono essere disposti in un blocco spazio-temporale 4D. Il blocco è un modo conveniente per visualizzare gli eventi per la relatività.

Molti fisici adottano il punto di vista che lUniverso a blocchi è il modo in cui funziona luniverso. Ma come ha detto John Rennie nella sua risposta, ci sono altri punti di vista secondo cui questo è solo un tentativo matematico e che il tempo scorre davvero.

Ad esempio, le simulazioni numeriche relativistiche generali utilizzano spesso il formalismo ADM per iniziare con una condizione iniziale e calcola gli stati futuri. Lo spazio-tempo è suddiviso in fogli spaziali etichettati con t. Il tensore metrico 3D per ogni foglio viene utilizzato come variabile dinamica, insieme alla sua quantità di moto coniugata. Si può derivare un hamiltoniano e le equazioni del moto. Gli stati futuri possono essere calcolati senza conoscerli in anticipo.

Tutto questo mostra che il Block Universe è compatibile con la fisica così come la conosciamo, nonostante la sua violazione del buon senso. Ma il Block Universe non è necessario.

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Parte del senso comune del tempo è che scorre. Il presente è tutto ciò che esiste. Il futuro non è ancora accaduto. Il passato è finito e andato. Vorrei dimostrare che questo è compatibile anche con la relatività.Il flusso del tempo non è richiesto dalla relatività, ma se esiste non danneggia la teoria. Per farlo, approfondirò il significato di simultaneità.

La luce viaggia a $ 3 \ times 10 ^ 8 $ m / s. Siamo a nostro agio con $ 3 $ m / s. Troviamo la fisica relativistica controintuitiva.

Considera un mondo in cui il movimento più veloce è $ 3 \ times 10 ^ {- 8} $ m / s . Si tratta di circa 1 m / anno, la velocità di un ghiacciaio. I fisici del mondo dei ghiacciai si muovono troppo lentamente per vedere gli effetti del movimento con cui siamo a nostro agio. Possiamo conoscere le nostre difficoltà concettuali osservando ciò che trovano contro-intuitivo nella fisica quotidiana.

Nella fisica classica del mondo dei ghiacciai, ogni oggetto ha una proprietà intrinseca fissa chiamata posizione. Ogni osservatore concorda sulla posizione di un dato oggetto. La posizione può essere utilizzata come identità delloggetto.

Tuttavia, misurazioni o misurazioni precise su lunghi intervalli di tempo mostrano che la posizione cambia nel tempo. Ciò porta a concetti controintuitivi come il ” fallimento di sameplaceity ” e ” velocità “.

Questi possono essere generalmente ignorati. Ma gli osservatori che viaggiano a velocità giornaliere vedrebbero effetti strani. I fisici di Glacier, Bob e Alice, concordano entrambi di avere entrambi una posizione $ x_0 $ al momento $ t_0 $ . In $ t_1 $ , Bob dice di avere la posizione $ x_0 $ , proprio come ci si aspetterebbe. Allo stesso modo, Alice dice che tutto è normale con lei. Ma Bob dice che Alice si trova a $ x_1 $ .

Questo genera confusione. Né Bob né Alice hanno cambiato la loro posizione immutabile. Eppure ora si trovano in due posizioni diverse. Quelle posizioni sono in qualche modo le stesse? È in qualche modo possibile occupare due posizioni allo stesso tempo?

Abbiamo una confusione simile sul fallimento della simultaneità. Pensiamo al tempo come assoluto. Un tempo $ t_0 $ identifica in modo univoco una fetta di spazio-tempo. Quando $ t_0 $ è adesso, tutti gli eventi in quella porzione hanno il loro momento di esistenza. Lo stato delluniverso è specificato in modo univoco da $ t_0 $ . Tutti gli osservatori concordano su questo punto. Il flusso del tempo è la progressione dello stato universale dalla causa alleffetto. Questo è il motivo per cui il flusso del tempo ha un senso.

Tuttavia le misurazioni mostrano che la velocità della luce è costante. Questo porta al fallimento della simultaneità. I fisici di tutti i giorni Robert e Alicia si incrociano a velocità relativistica. Entrambi scelgono sistemi di coordinate che concordano di passare a $ (x_0, t_0) $ . Guardano levento che Robert vede come $ (x_1, t_0) $ . Robert dice che questo sta avendo il suo momento di esistenza ora. Alicia dice che lo stesso evento è già accaduto o non è ancora accaduto. Questo genera confusione. Un evento si verifica in due momenti diversi.

Luniverso dei blocchi è un modo per aggirare questo problema. Se un evento esiste in due volte, non deve avere unesistenza momentanea. Deve esistere ogni volta che è il momento di esistere in qualsiasi quadro di riferimento. Ciò preserva la nozione che tutti gli eventi in una fetta di spazio-tempo definita da un tempo esistono in quel momento. Tuttavia, distrugge il concetto di tempo che scorre. Una successione di eventi non viene allesistenza e scompare. Lintero blocco di eventi in tutto lo spazio-tempo esiste solo staticamente.

Un altro modo è lasciarsi andare della nozione che la simultaneità è assoluta. Ogni oggetto segue una linea del mondo in cui scorre il tempo. Ogni evento sperimentato dalloggetto nasce nel suo momento e scompare. Ma non esiste un modo universale di abbinare i tempi di eventi separati. Labbinamento è come dipendente dal movimento come la corrispondenza della posizione di eventi separati .

Questo è un ostacolo concettuale molto più difficile per noi di qualsiasi altra cosa nella relatività ristretta. Siamo abituati a Robert che vede due eventi nello stesso luogo, ma Alicia li vede come diversi a causa del suo movimento. Ma Robert che vede due eventi contemporaneamente e Alicia li vede diversi a causa del suo movimento viola la nostra idea di che cosa sia il tempo. È difficile abituarsi allidea che il tempo non è quello che pensavamo che fosse.

Questo non cambia cosa sia la simultaneità nella relatività. Si può dedurre la simultaneità di due eventi separati misurati in un particolare sistema di riferimento inerziale. Robert, seduto a $ x_0 $ , può sempre fare affidamento sul suo orologio a $ x_0 $ per essere uniforme. Invia un impulso di luce che si riflette su un evento a $ x_1 $ e ritorna. Registra i tempi di espulsione e ritorno.La velocità della luce è costante, quindi limpulso trascorre metà del tempo in uscita e metà in ritorno. La riflessione è quindi simultanea allevento che Robert ha vissuto a metà tra.

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La differenza tra i punti di vista del Block Universe e del Flowing Time è puramente filosofica. Entrambi usano gli stessi diagrammi spazio-temporali, fanno gli stessi calcoli e arrivano alle stesse risposte. Un punto di vista riguarda il diagramma spazio-temporale come un blocco di eventi staticamente esistenti. Laltro lo considera una raccolta di storie vagamente combinate.

Entrambe le nozioni di tempo sono diverse dalla nozione di buon senso. Non conosco nessun esperimento che possa distinguere queste interpretazioni del tempo. Usa quello che ti fa sentire più a tuo agio.

Tuttavia, cè una differenza. Luniverso a blocchi non include la progressione di stato da dal primo tempo al tempo successivo. Deve essere aggiunto. Cè qualche domanda su come motivarlo e spiegare la direzione. Il Flusso del Tempo non spiega questa progressione. È solo una supposizione.

Ovviamente John Rennie “s la risposta è corretta, così come la risposta di John Duffield . Entrambe le risposte sono per lo più corrette e tecniche. Ma lasciami provare a spiegarlo in un modo più semplice. Quindi, per favore lasciami provare ad aggiungere qualcosa spiegandolo in un modo davvero semplice e comprensibile e confrontando le due risposte dove sono daccordo e dove no.

1. Che ora è?
   Di John Rennie:

   è ciò che i fisici intendono, per definizione dei quattro vettori, e che il tempo è una coordinata in quel sistema quadridimensionale che chiamiamo spaziotempo.

   Di John Duffield:

   è il movimento dei pezzi dellorologio.

   Entrambi hanno ragione. Ma entrambi provano a prenderlo da unaltra angolazione. Prendiamoli uno per uno, cercando di unificarli.

La prima risposta dice che luniverso è impostato così e il quattro vettori è impostato in modo che il tempo come dimensione sia solo unaltra dimensione come le 3 dimensioni spaziali che percepiamo facilmente. Ora questo è corretto ed è solo la misura dello spaziotempo. Spiega che qualsiasi movimento (velocità) nelle dimensioni spaziali è influenzato (e viceversa) dal movimento (velocità) nella dimensione temporale. Se qualcosa si muove alla velocità $ c $ nello spazio, non deve muoversi nel tempo (la sua velocità nella dimensione temporale è 0). Se qualcosa si muove più lentamente, allora la velocità $ c $ nello spazio, deve iniziare a muoversi nella dimensione temporale. Questo è solo un fatto empirico ed è così che sono impostati luniverso e il quadrivettore .

Questo dipende anche dalluniverso dei blocchi, dove tutti i “timeslic” esistono già, e li percepiamo semplicemente mentre ci “muoviamo” lungo le coordinate della dimensione temporale.

Ora non esiste una teoria accettata su cosa consista tutto e su come si ottiene la massa a riposo , ma una teoria è che le particelle senza massa ( gluoni ) oscillano alla velocità c in qualche confinamento.

In SR , la dilatazione del tempo è in un esempio spiegata da un orologio a fotoni, con due specchi e un fotone che si muove in mezzo (come se oscillasse ) gli specchi (qualche reclusione). Quindi, se lo prendiamo come unanalogia, potremmo dire che il tempo è il movimento (nello spazio) del fotone o del gluone tra specchi o confinamento. Quindi tutto ciò che esiste potrebbe consistere in piccoli orologi gluonici.

Quindi la prima risposta potrebbe portare a dire che dal movimento (oscillazione) dei piccoli orologi “gluoni e la loro velocità nello spazio (oscillanti alla velocità $ c $ ) influisce sulla loro velocità nella dimensione temporale (velocità 0, tempo congelato). Quindi i quattro vettori mostreranno che questi non si muovono nel tempo.

Ma non appena guardiamo al più alto particelle di livello che si accumulano, in qualche modo, a causa del confinamento guadagnano massa di riposo alle particelle di livello superiore, e quelle (le particelle di livello superiore) rallentano nello spazio. Quindi devono iniziare a muoversi nella dimensione temporale, e questo è ciò che i loro quattro vettori mostreranno, si muoveranno nella dimensione temporale con velocità> 0.

Quindi è qui che la prima risposta si collega alla seconda risposta, dice che il movimento (velocità) nelle dimensioni spaziali ha influenzato il movimento (velocità) nella dimensione temporale.

La seconda risposta dice che il tempo è solo il movimento delle parti di un orologio. Quindi fondamentalmente concorda con la prima risposta dicendo che è tutto proprio come un orologio a fotoni e che il movimento nello spazio influisce sul movimento nel tempo.

2. Il tempo scorre? No, entrambe le risposte dicono di no, perché non è il tempo che scorre, siamo noi che ci muoviamo lungo le coordinate della dimensione temporale.

Il la prima risposta dice esplicitamente che ci stiamo muovendo lungo la dimensione temporale e che è più simile a un universo a blocchi, dove tutto esiste già.

La seconda risposta dice che il tempo è solo particelle in movimento, quindi il tempo stesso no flusso ma le particelle si muovono ed è quello che percepiamo come il flusso del tempo.

La prima risposta è giusta. è proprio così che sono impostati luniverso e il quadrivettore. Lasciatemi mostrare perché la seconda risposta è sbagliata e per farlo devo spiegare qualcosa che nessuna di queste risposte menziona.

3. Il caso in cui nessuna di queste risposte spiega è: se tutto nelluniverso (tutte le particelle, lenergia) non si muovesse nello spazio (sarebbero stazionarie nelle dimensioni dello spazio).

In questo caso la prima risposta Direi che in base ai quattro vettori, vedremmo comunque che tutto si muove nella dimensione temporale alla velocità $ c $ . Questo è proprio quello che dicono i quattro vettori, ed è empiricamente vero.

La seconda risposta implicherebbe che in questo caso, poiché nulla si muove nello spazio, non percepiamo il tempo, e non cè tempo, non esiste. Ma non è vero. La seconda risposta si basa su un malinteso. Implica che le particelle si muovano nello spazio e che la nostra velocità (che ha massa a riposo) è normale e che avremmo bisogno di accelerare (nelle dimensioni spaziali) alla velocità della luce. Quello non è vero. Tutto ciò che è privo di massa nelluniverso si muove alla velocità $ c $ nello spazio (e si muove alla velocità 0 nella dimensione temporale) immediatamente quando viene creato. Dato che potremmo usare lanalogia e dire che tutto consiste di piccoli orologi fotonici (gluoni), questi si muovono tutti nello spazio alla velocità $ c $ mentre vengono creati. Se in qualche modo guadagnano velocità per le particelle di livello superiore che si accumulano (oscillando in qualche confinamento), allora rallentano quelle particelle di livello superiore nello spazio. Questo è lunico modo per muoverti più lentamente e poi velocizzare $ c $ nello spazio, per rallentare. Man mano che rallentano, guadagnando massa, esse (le particelle di livello superiore) iniziano a percepire il tempo come noi (che hanno massa a riposo) e iniziano a muoversi anche nella dimensione temporale.

Ora, se rallentiamo così tanto da rimanere fermi nello spazio, non è speciale. Ci stiamo quindi ancora muovendo alla velocità $ c $ nella dimensione temporale. Il malinteso che vedi è che potresti pensare che la velocità 0 nello spazio sia speciale (per considerare il suo effetto sulla velocità nella dimensione temporale). Non lo è. La velocità 0 nello spazio è la stessa (è effetto su la velocità nella dimensione temporale) come qualsiasi altra velocità < $ c $ nello spazio. Lunica velocità nello spazio che ha un effetto speciale (sulla velocità nella dimensione temporale) è la velocità $ c $ . Ma questa è lunica velocità che le particelle senza massa possono avere e se qualcosa vuole muoversi più lentamente, deve rallentare guadagnando massa.

Quindi la seconda risposta è sbagliata, quando dice che le particelle si stanno muovendo dentro spazio e che è ciò che percepiamo come il flusso del tempo. Perché, anche se nulla si muovesse nello spazio, ci muoveremmo comunque nella dimensione temporale alla velocità $ c $ .

Comè possibile? Lunica soluzione è davvero luniverso a blocchi, in cui le versioni del nostro universo sono tutte esistenti nella dimensione temporale e ci stiamo muovendo semplicemente lungo la dimensione temporale e realizziamo la versione attuale del nostro mondo.

Ma cosa ci fa percepire tutti lo stesso universo allo stesso tempo? Come ci muoviamo tutti insieme lungo la dimensione temporale? La risposta è: perché ci muoviamo tutti alla stessa velocità (approssimativamente, volando con la Terra mentre si muove nello spazio) nello stesso campo gravitazionale. Non appena ci muoviamo fuori dal campo gravitazionale della Terra, percepiamo il tempo a una velocità diversa (quindi quelle rimaste sulla Terra), poiché ci muoveremo nella dimensione temporale a una velocità diversa perché di GR . E non appena voliamo con una velocità diversa nello spazio, (in unastronave veloce) percepiamo il tempo in modo diverso (rispetto a quelli rimasti sulla Terra) a causa di SR.

OK, ma come possiamo muoverci nella dimensione temporale a velocità diverse in primo luogo? Come può allora qualcuno allontanarsi dalla Terra e tornare allo stesso punto nella dimensione temporale di quelli rimasti sulla Terra? La risposta è che se qualcuno si allontana dalla Terra, quindi esce dal campo gravitazionale e si muove a una velocità diversa rispetto a quelle sulla Terra, allora quella persona si allontana in tutte e quattro le dimensioni.Per tornare allo stesso punto in tutte e quattro le dimensioni e incontrare anche quelli rimasti sulla Terra nello stesso punto nella dimensione temporale, deve usare energia extra per compensare la differenza. Altrimenti quella persona tornerebbe sulla Terra solo nella stessa posizione spaziale ma mai nello stesso punto nella dimensione temporale di quelle rimaste sulla Terra (poiché la sua velocità nella dimensione temporale è diversa). Lo vedremmo come se fosse invecchiato di meno (o più).

Quindi la prima risposta è giusta perché anche se qualcosa è fermo nello spazio, potrebbe comunque essere in un campo gravitazionale, e questo cambia è la velocità nella dimensione temporale (rispetto a quelle al di fuori del campo gravitazionale).

Questo non è il mio argomento, e qui non sono affatto un esperto, ma credo in circostanze extra in un buco nero , il tempo potrebbe persino fermarsi (la loro velocità nella dimensione temporale è 0) per quelli allinterno del buco nero (dalla vista di un osservatore lontano) , e potrebbero sembrare bloccati a un certo punto nella dimensione temporale. Quindi potrebbe esserci un caso speciale in cui la velocità nella dimensione spaziale è 0 e anche nella dimensione temporale (per un buco nero non rotante alla singolarità ) . Per ricominciare a muoversi nella dimensione temporale, dovrebbero usare energia extra per uscire dalleffetto gravitazionale del buco nero e iniziare a muoversi sia nella dimensione spazio che temporale.

Commenti

• Potete fornire un collegamento alla teoria secondo cui i gluoni sono privi di massa? Non sono ‘ dati ‘ la loro massa per interazione sul campo di Higgs? Se ‘ sbaglio, ‘ mi piacerebbe saperlo. Grazie!
• @omg vedi en.wikipedia.org/wiki/Elementary_particle . Il modello standard si adatta ai dati utilizzando la tabella, quindi per definizione la massa di gluoni è zero nel modello standard.

Sono stato respinto dalla mia domanda (viene percepita come una duplicato di questo) quindi lascio una risposta qui come una ripresa daddio. John Rennie afferma che il tempo scorre in una direzione al ritmo di un secondo al secondo. Va bene, ma ci sono un numero infinito di variazioni di quella velocità solo nel nostro Universo.

Anche per noi stessi come individui il tasso sembra cambiare a seconda di come funziona il nostro cervello. Il nostro cervello ha ingranaggi diversi (tipi di onde alfa, beta, gamma, delta [e forse più]) e, a seconda di quale combinazione di essi è in corso, il tempo può sembrare che si muova più lentamente o rapidamente. Quando siamo multi-tasking vogliamo che rallenti e quando ci annoiamo sembra che si trascini.

Ma già abbastanza della filosofia – qui stiamo parlando della fisica del tempo che è fondamentalmente la fisica di qualcosa che non esiste. Non riesco a ricordare chi sia, qualche celebrità in realtà, ma la persona sperimenta un po unanomalia, una condizione “medica” e non ha la percezione del tempo come il resto di noi (qualunque sia la% della razza umana).

Proprio come alcune persone non hanno riflettori dellappetito che dicono loro quando hanno mangiato abbastanza (le persone sono morte per questo) la persona che dimentico che non può giudicare il tempo. Quindi sono disfunzionali o più in sintonia con la natura di altri?

Non credo che gli animali abbiano la percezione del tempo. Penso che percepiscano gli eventi e possano ricordarli (in realtà e stranamente gli esperimenti hanno dimostrato che gli uccelli possono trasmettere “ricordi” di specifiche persone minacciose alla loro prole ei bambini reagiscono di conseguenza alle persone senza incontrarli in precedenza) – tuttavia solo gli esseri umani hanno una concezione astratta del tempo come “cosa”.

Infatti in Il protagonista Enrico IV di Shakespeare prende in giro un pazzo perché si riferisce astrattamente al tempo. Il tipo di morale è che le persone che hanno il tempo di interrogarsi sul tempo non ottengono davvero molto. È stato scritto 400 anni fa e ora (ridendo di me stesso) sto facendo la stessa cosa. Quindi immagino che non lo farò dopo questo piccola risposta.

Recentemente ascoltando Julian Barbour (che ha dato una soluzione al problema dei tre corpi) ha detto la stessa cosa. Ci dice che il tempo così come lo vediamo è una sorta di avanzi di eventi che non coincidono perfettamente. Come se dovessi incontrare un amico e loro arrivino al luogo dellincontro dopo che potresti iniziare a notare il passaggio di tempo. Se ti fossi incontrato contemporaneamente, la tua mente sarebbe rimasta completamente impegnata nella vita e il tempo non sarebbe stato importante.

Per fare un esempio simile, un tizio ha detto di aver incontrato una volta Bruce Lee (lartista marziale) in un ascensore e hanno iniziato a discutere di Kung Fu. Sono arrivati allo stesso piano, quindi hanno provato alcune mosse. La volta successiva che il tizio guardò lorologio erano le 7 del mattino. È entrato in ascensore alle 22.35, quindi il tempo scompare quando non lo guardiamo.