Särskild relativitet och kronologins nyfikna fysik

Special relativitetsteori har förändrat vårt sätt att tänka på tid och händelseordningen. Einstein visade att två händelser kan se samtidigt ut för en observatör men inte för en annan. Faktum är att det är möjligt att få två rumsligt åtskilda händelser att visas i valfri ordning genom att välja att se dem från olika referensramar.

Men vad sägs om tre eller fler händelser? Förekommer alla möjliga tidsbeställningar i någon ram eller annan? Om inte, vilka är begränsningarna? fråga Alfred Shapere vid University of Kentucky i Lexington och Frank Wilczek från Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. Idag ger de oss svaret.

Deras resonemang visar sig vara enkelt. Givet tre händelser – A, B och C – är sex möjliga beställningar möjliga. Dessa händelser inträffar i ett universum med tre dimensioner av rymd och en av tid. I denna fyrdimensionella värld är det alltid möjligt att koppla samman dessa händelser med en triangel som ligger på ett tvådimensionellt plan.

Shapere och Wilczek visar att om planet för denna triangel är helt rymdliknande – med andra ord, om det är vinkelrätt mot tidsdimensionen – så finns det en referensram där händelserna är samtidiga och små transformationer kan producera alla sex ordningsföljder .

Men om planet är tidslikt på något sätt blir vissa beställningar omöjliga.

De fortsätter med att generalisera detta resultat för valfritt antal händelser i valfritt antal dimensioner för både platta och krökta rumstider.

Och med en sista blomstring visar de hur man gör samma trick baklänges: de räknar ut egenskaperna hos en rumtid med tanke på karaktären av de kronologier som den tillåter.

Det kan ha intressanta konsekvenser. Kronologin av händelser spelar en viktig roll i kvantmekaniken. Föreställ dig till exempel tre rumsligt åtskilda händelser A, B och C. En observatör kan beskriva dessa händelser med hjälp av en vågfunktion där A föregår B. I så fall kollapsar en mätning vid A vågfunktionen som är tillgänglig för B.

En annan observatör kan dock beskriva händelserna med hjälp av en vågfunktion där B föregår A. I detta fall kollapsar en mätning vid B vågfunktionen som är tillgänglig för A.

Nej, anta att händelsernas kronologi är begränsad så att A aldrig kan föregå både B och C.

Sedan har vi den märkliga situationen att en mätning vid A kan orsaka kollaps vid antingen B eller C, i olika ramar, men aldrig båda, säger Shapere och Wilczek.

Det är ingen paradox men det är konstigt konstlat. Det finns uppenbarligen en viss brist i den logik som fysiker använder för att tänka på kvantmekanik på detta sätt.

Shapere och Wilczek säger att de har utvecklat detta nya tillvägagångssätt för kronologi specifikt för att klargöra logiken i kvantmekaniken. Vi planerar att utveckla ytterligare på konsekvenserna av kronologiska villkor för kvantteorins logik i framtida arbete, säger de.

Att använda kronologin för speciell relativitet som en testplats för kvantmekanikens logik kan leda till intressanta resultat. Mest spännande skulle vara någon form av konflikt mellan de två teorierna som gör olika förutsägelser. Det skulle tillåta ett experimentellt test.

Naturligtvis finns det redan en slags konflikt mellan speciell relativitet och kvantmekanik i form av entanglement, det märkliga kvantfenomenet där två kroppar delar samma vågfunktion trots att de är rumsligt åtskilda.

Förvecklingens grundläggande natur är ett av vetenskapens stora mysterier. Kanske Shapere och Wilczeks nya kronologiska synsätt kommer att hjälpa.

Ref: arxiv.org/abs/1208.3841 : Begränsningar på kronologier

Dölj