커피 쿨, 건물이 무너지고, 달걀이 부러지고, 별은 열 평형으로 알려진 균일 한 칙칙함으로 분해 될 것으로 보이는 우주에서 어리석다. 1927 년 천문학 자-필로 필로 저포사 인 Arthur Eddington 경은 점진적인 에너지 분산을 돌이킬 수없는“시간의 화살”의 증거로 인용했다.
.그러나 세대의 물리학 자들의 당황에 시달리면, 시간의 화살은 물리학의 기본 법칙을 따르지 않는 것 같습니다. 그 법에 의해, 누군가가 우주의 모든 입자의 경로를 알고 주변을 뒤집었을 때, 에너지가 흩어지기보다는 쌓일 것 같다.
영국 브리스톨 대학교 (University of Bristol)의 물리학 교수 인 Sandu Popescu는“고전 물리학에서 우리는 어려움을 겪고있었습니다. “내가 더 많이 알고 있다면, 이벤트를 뒤집어 부러진 난자의 모든 분자를 모으십시오. 내가 관련이있는 이유는 무엇입니까?”
그는 분명히 시간의 화살은 인간의 무지에 의해 조종되지 않는다고 말했다. 그럼에도 불구하고 1850 년대 열역학이 탄생 한 이후, 에너지 확산을 계산하는 유일한 알려진 접근법은 입자의 알려지지 않은 궤적의 통계적 분포를 공식화하고 시간이 지남에 따라 무지가 사물을 번지는 것을 보여주는 것이 었습니다.
.이제 물리학 자들은 시간의 화살표에 대한보다 근본적인 원천을 가리지 않고 있습니다.
브리스톨의 양자 물리학자인 토니 쇼트 (Tony Short)는“마지막으로, 우리는 왜 커피 한 잔이 방에서 커피 한 잔이 균형을 이루는 지 이해할 수있다. “커피 컵의 상태와 방의 상태 사이에 얽힘이 쌓입니다.”
.Popescu, Short와 그들의 동료 인 Noah Linden과 Andreas Winter는 2009 년 Physical Review e 저널에서 발견 된 결과를보고하여 물체는 주변 환경과 기계적으로 얽힌 양자가되어 무한한 시간 내에 평형 또는 균일 한 에너지 분포 상태에 도달한다고 주장했다. 독일의 Bielefeld University의 Peter Reimann의 비슷한 결과는 몇 달 전에 실제 검토 편지에 나타났습니다. 짧고 협력자는 얽힘이 유한 한 시간 내에 평형을 유발한다는 것을 보여줌으로써 2012 년에 논쟁을 강화했습니다. 그리고 2 월에 Scientific Preprint 사이트 arxiv.org에 게시 된 작업에서 두 개의 별도 그룹이 다음 단계를 수행하여 대부분의 물리적 시스템이 크기에 비례하여 시간 규모로 빠르게 평형화되어 있다고 계산했습니다. Short는“실제 물리적 세계와 관련이 있음을 보여주기 위해서는 과정이 합리적인 시간 척도에서 발생해야합니다.
제네바 대학의 양자 물리학자인 니콜라스 브루너 (Nicolas Brunner)는 커피와 평형에 도달하는 커피의 경향은“매우 직관적”이라고 말했다. "그러나 그것이 왜 그런 일이 일어나는지 설명 할 때, 이것은 미세한 이론을 고려하여 확고한 근거에서 처음으로 파생 된 것입니다."
.새로운 연구 라인이 올바른 경우, 시간의 화살에 대한 이야기는 자연이 본질적으로 불확실하다는 양자 기계적 아이디어로 시작됩니다. 기본 입자는 명확한 물리적 특성이 없으며 다양한 상태에있는 확률에 의해서만 정의됩니다. 예를 들어, 특정 순간에 입자는 시계 방향으로 회전 할 확률이 50 %, 시계 반대 방향으로 회전 할 확률이 50 % 일 수 있습니다. 북 아일랜드 물리학 자 존 벨 (John Bell)에 의해 실험적으로 테스트 된 정리는 입자의“진정한”상태가 없다고 말했다. 확률은 그것에 기인 할 수있는 유일한 현실입니다.
양자 불확실성은 시간의 화살표의 추정 원인 인 얽힘을 일으킨다.
두 입자가 상호 작용할 때, 그들은 더 이상“순수한 상태”라고 불리는 독립적으로 진화하는 확률로 더 이상 설명 할 수 없습니다. 대신, 이들은 두 입자를 함께 설명하는보다 복잡한 확률 분포의 얽힌 구성 요소가됩니다. 예를 들어, 입자가 반대 방향으로 회전 할 수 있습니다. 전체적으로 시스템은 순수한 상태이지만 각각의 개별 입자의 상태는 지인의 상태와 "혼합"됩니다. 두 사람은 빛을 나눌 수 있었고, 각각의 스핀은 다른 것과 관련이있을 것입니다. Albert Einstein은“멀리서의 으스스한 행동”으로 유명하게 묘사되었습니다.
.Brunner는“얽힘은 어떤 의미에서 양자 역학의 본질 또는 아 원자 규모에 대한 상호 작용을 지배하는 법률이 있다고 Brunner는 말했다. 현상은 양자 컴퓨팅, 양자 암호화 및 양자 순간 이동의 기초가됩니다.
얽힘이 시간의 화살을 처음으로 설명 할 수 있다는 아이디어는 약 30 년 전 Cambridge University의 23 세의 철학 대학원생이었을 때 약 30 년 전 Seth Lloyd에게 일어났습니다. Lloyd는 양자 불확실성과 입자가 점점 더 얽히게 될 때 확산되는 방식이 시간의 화살의 진정한 원천으로서 오래된 고전적 증거에서 인간의 불확실성을 대체 할 수 있음을 깨달았습니다.
.Lloyd는 정보 단위를 기본 빌딩 블록으로 처리 한 양자 역학에 대한 모호한 접근법을 사용하여 1 초 및 0 초의 셔플 링 측면에서 입자의 진화를 연구하는 데 몇 년을 보냈습니다. 그는 입자가 서로 점점 더 얽히게되면서 원래 설명한 정보 (예 :시계 방향 스핀의 경우 1”및 시계 반대 방향으로“0”)가 얽힌 입자의 전체 시스템을 설명하기 위해 변할 것임을 발견했습니다. 마치 입자가 점차 개별 자율성을 잃어 버리고 집단 상태의 전당포가 된 것처럼 보였다. 결국, 상관 관계에는 모든 정보가 포함되었으며 개별 입자에는 아무것도 포함되지 않았습니다. 그 시점에서 Lloyd는 입자가 평형 상태에 도착했고, 실온으로 식은 커피처럼 변화를 멈추었다.
.Lloyd는“실제로 일어나고있는 것은 상황이 서로 더 관련이 있다는 것입니다. "시간의 화살은 상관 관계가 증가하는 화살표입니다."
그의 1988 년 박사 논문에서 발표 된이 아이디어는 귀머거리 귀에 떨어졌습니다. 그가 저널에 그것을 제출했을 때, 그는“이 논문에는 물리학이 없다”고 들었다. Lloyd는 당시 양자 정보 이론이“인기가 없었다”고 말했다. Lloyd는 Time의 화살에 대한 질문은“머리가 부드러워진 크랙 팟과 노벨상 수상자들을위한 것이었다”고 말했다.
로이드는“나는 택시를 운전하는 데 가까이 있었다”고 말했다.
양자 컴퓨팅의 발전은 양자 정보 이론을 물리학의 가장 활발한 지점 중 하나로 바꿨습니다. Lloyd는 현재 매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 교수로서 징계의 창시자 중 한 명으로 인정 받았으며, 그의 간과 된 아이디어는 브리스톨 물리학 자들의 손에 더 강력한 형태로 재 포장되었습니다. 연구원들은 새로운 증거가 더 일반적이며 거의 모든 양자 시스템을 보유하고 있다고 말합니다.
ETH 취리히의 이론 물리학 연구소 책임자 인 Renato Renner는“Lloyd가 그의 논문에서 아이디어를 제안했을 때 세상은 준비되지 않았다. “아무도 그것을 이해하지 못했습니다. 때때로 당신은 적시에 아이디어를 가져야합니다.”
2009 년 브리스톨 그룹의 증거는 양자 정보 이론가들과 공명하여 그들의 기술에 대한 새로운 용도를 열었습니다. Popescu는 물체가 공기와 충돌함에 따라 물체가 주변 환경과 상호 작용할 때, 그들의 특성에 대한 정보는“전체 환경에 걸쳐 누출되어 번지를 당한다”고 설명했다. 이 지역 정보 손실은 전체 방의 순수한 상태가 계속 진화하더라도 커피 상태가 정체되게합니다. 그는 드문 임의의 변동을 제외하고“상태는 시간이 지남에 따라 변화를 멈추지 않습니다.”
.결과적으로, 깔끔한 커피 한 잔은 자발적으로 워밍업되지 않습니다. 원칙적으로, 실내의 순수한 상태가 진화함에 따라 커피는 갑자기 공기에서 혼합되지 않고 순수한 상태로 들어갈 수 있습니다. 그러나 커피에 이용할 수있는 순수한 상태보다 더 많은 혼합 상태가 너무 많아서 실제로 일어나지 않을 것입니다. 이 통계적 가능성은 시간의 화살에 돌이킬 수없는 외관을 제공합니다. Popescu는“본질적으로 얽힘은 당신에게 매우 큰 공간을 열어줍니다. “공원에있는 것처럼 평형에서 멀리 떨어진 게이트 옆에서 시작합니다. 그런 다음 들어가서이 거대한 장소가 있고 길을 잃게됩니다. 그리고 당신은 결코 문으로 돌아 오지 않습니다.”
시간의 화살에 대한 새로운 이야기에서, 그것은 주관적인 인간 지식의 부족이 아니라 양자 얽힘을 통한 정보의 상실로, 주변 공간과의 커피 한 잔을 평형으로 이끌어냅니다. 방은 결국 외부 환경과 평형을 이루며 환경은 나머지 우주와의 평형을 향해 훨씬 느리게 표류합니다. 19 세기 열역학의 거인은이 과정을 우주의 전체 엔트로피 또는 장애를 증가시키는 점진적인 에너지 분산으로 보았다. 오늘날 Lloyd, Popescu 및 다른 분야의 다른 사람들은 시간의 화살을 다르게 본다. 그들의 견해로는 정보가 점점 확산되지만 완전히 사라지지 않습니다. 그래서 그들은 엔트로피가 국부적으로 증가하지만 우주의 전체 엔트로피는 0에서 일정하게 유지됩니다.
로이드는“우주 전체는 순수한 상태에있다”고 말했다. "그러나 개별 조각은 우주의 나머지 부분과 얽혀 있기 때문에 혼합물에 있습니다."
시간 화살의 한 측면은 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. Popescu는“이 작품에는 왜 게이트에서 시작했는지 말할 수있는 것은 없습니다. "즉, 그들은 우주의 초기 상태가 왜 평형과는 거리가 멀지 않은지 설명하지 않습니다." 그는 이것이 빅뱅의 본질에 관한 질문이라고 말했다.
균형 시간 척도 계산의 최근 진보에도 불구하고, 새로운 접근법은 아직 커피, 유리 또는 이국적인 물질 상태와 같은 특정 것들의 열역학적 특성을 구문 분석하는 도구로서 아직 진전을 이루지 못했습니다. (몇몇 전통적인 열역학 주의자들은 새로운 접근법에 대해 모호하게 알고 있다고보고했다.) Renner는“새로운 접근 방식을 모호하게 알고 있다고보고했다.)“창문 유리처럼 행동하고 차 한 잔처럼 행동하는 기준을 찾는 것이 중요하다”고 Renner는 말했다. "나는 새로운 논문을이 방향의 단계로 볼 것이지만 훨씬 더 많은 일을해야합니다."
.일부 연구자들은 Lloyd가 말한 것처럼 열역학에 대한이 추상적 인 접근 방식이“특정한 관찰 가능성이 어떻게 행동하는지에 대한 열심히 끔찍한 것”을 다루는 과제에 달려있을 것이라는 의심을 표명했다. 그러나 개념적 발전과 새로운 수학적 형식은 이미 연구자들이 양자 컴퓨터의 기본 한계 및 우주의 궁극적 인 운명과 같은 열역학에 대한 이론적 질문을 다루는 데 도움이되고 있습니다.
바르셀로나의 Photonic Sciences Institute의 Paul Skrzypczyk는“우리는 양자 기계로 우리가 할 수있는 일에 대해 점점 더 많이 생각해 왔습니다. “시스템이 아직 평형 상태에 있지 않다는 점을 감안할 때, 우리는 그 시스템에서 벗어나기를 원합니다. 얼마나 유용한 작업을 추출 할 수 있습니까? 흥미로운 일을하기 위해 어떻게 개입 할 수 있습니까?”
California Institute of Technology의 이론적 우주 학자 인 Sean Carroll은 Time 's Arrow in Cosmology에 관한 그의 최신 작품에서 새로운 형식주의를 사용하고 있습니다. Carroll은“영원에서 여기에서 여기까지 :궁극적 인 시간 이론을위한 탐구”의 저자 인 Carroll은“우주 우주 타임의 초기 운명에 관심이있다”고 말했다. "이것은 우리가 물리학의 모든 관련 법칙을 실제로 알지 못하는 상황이므로 매우 추상적 인 수준에서 생각하는 것이 합리적 이므로이 기본 양자 역학적 치료가 유용하다는 것을 알게되었습니다."
.Lloyd의 Time Arrow에 대한 큰 아이디어가 평평 해지고 26 년이 지난 후, 그는 그 상승을 목격하게되어 기쁘고 최근 블랙홀 정보 역설에 관한 아이디어를 적용하고 있습니다. "나는 이제 합의는 이것에 물리학이 있다는 것"이라고 그는 말했다.
약간의 철학은 말할 것도 없습니다.
과학자들에 따르면, 과거를 기억할 수있는 우리의 능력이지만 미래는 역사적으로 혼란스러운 시간의 화살표의 다른 표현은 상호 작용하는 입자들 사이의 상관 관계의 축적으로 이해 될 수 있습니다. 한 장의 종이에 메시지를 읽으면 눈에 닿는 광자를 통해 뇌와 관련이 있습니다. 그 순간부터 메시지가 말하는 것을 기억할 수있을 것입니다. Lloyd가 말한 것처럼 :“현재는 주변 환경과 관련이있는 과정에 의해 정의 될 수 있습니다.”
우주 전체의 얽힘의 꾸준한 성장에 대한 배경은 물론 시간 자체입니다. 물리학 자들은 시간의 변화가 어떻게 발생하는지 이해하는 데 큰 발전에도 불구하고, 그들은 시간 자체의 본질을 밝혀내는 데 아무런 진전이 없었거나 왜 그것이 3 차원의 공간과 다른 것처럼 보이는지 (지각 적으로 그리고 양자 역학의 방정식) 왜 다른 것처럼 보였다고 강조합니다. Popescu는 이것을“물리학에서 가장 위대한 미지의 것 중 하나”라고 부릅니다.
"우리는 한 시간 전에 뇌가 더 적은 것들과 관련이있는 상태에 있다는 사실에 대해 논의 할 수 있습니다." “그러나 시간이 흐르고 있다는 우리의 인식 - 그것은 완전히 다른 문제입니다. 아마도 아마도 우리는 물리학에 대해 더 많은 혁명이 필요할 것입니다.”
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