211service.com
Speciale relativiteitstheorie en de merkwaardige fysica van chronologie
De speciale relativiteitstheorie heeft de manier waarop we denken over tijd en de volgorde van gebeurtenissen veranderd. Einstein toonde op beroemde wijze aan dat twee gebeurtenissen voor de ene waarnemer gelijktijdig kunnen lijken, maar voor de andere niet. Het is zelfs mogelijk om twee ruimtelijk gescheiden gebeurtenissen in willekeurige volgorde te laten verschijnen door ervoor te kiezen ze vanuit verschillende referentiekaders te bekijken.
Maar hoe zit het met drie of meer evenementen? Vinden alle mogelijke tijdsordes plaats in een of ander kader? Zo nee, wat zijn de beperkingen? vraag Alfred Shapere van de Universiteit van Kentucky in Lexington en Frank Wilczek van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Vandaag geven ze ons het antwoord.
Hun redenering blijkt eenvoudig te zijn. Gegeven drie gebeurtenissen-A, B en C-zes mogelijke bestellingen zijn mogelijk. Deze gebeurtenissen vinden plaats in een universum met drie dimensies van ruimte en één van tijd. In deze vierdimensionale wereld is het altijd mogelijk om deze gebeurtenissen met elkaar te verbinden door een driehoek die op een tweedimensionaal vlak ligt.
Shapere en Wilczek laten zien dat als het vlak van deze driehoek volledig ruimtelijk is - met andere woorden, als het loodrecht op de tijdsdimensie staat - er een referentiekader is waarin de gebeurtenissen gelijktijdig plaatsvinden en kleine transformaties alle zes de ordeningen kunnen produceren .
Maar als het vliegtuig op de een of andere manier tijdachtig is, worden bepaalde bestellingen onmogelijk.
Ze gaan verder met het generaliseren van dit resultaat voor een willekeurig aantal gebeurtenissen in een willekeurig aantal dimensies voor zowel platte als gekromde ruimtetijden.
En met een laatste zwaai laten ze zien hoe ze dezelfde truc achterstevoren kunnen doen: ze werken de eigenschappen van een ruimtetijd uit gezien de aard van de chronologieën die het toelaat.
Dat kan interessante implicaties hebben. De chronologie van gebeurtenissen speelt een belangrijke rol in de kwantummechanica. Stel je bijvoorbeeld drie ruimtelijk gescheiden gebeurtenissen A, B en C voor. Een waarnemer zou deze gebeurtenissen kunnen beschrijven met behulp van een golffunctie waarin A voorafgaat aan B. In dat geval doet een meting bij A de voor B toegankelijke golffunctie instorten.
Een andere waarnemer kan de gebeurtenissen echter beschrijven met behulp van een golffunctie waarin B voorafgaat aan A. In dit geval stort een meting bij B de voor A toegankelijke golffunctie in.
Neen, veronderstel dat de chronologie van de gebeurtenissen zo beperkt is dat A nooit aan zowel B als C kan voorafgaan.
Dan hebben we de eigenaardige situatie dat een meting bij A instorting kan veroorzaken bij B of C, in verschillende frames, maar nooit beide, zeggen Shapere en Wilczek.
Dat is geen paradox, maar het is vreemd kunstmatig. Het is duidelijk dat er een tekortkoming is in de logica die natuurkundigen gebruiken om op deze manier over kwantummechanica te denken.
Shapere en Wilczek zeggen dat ze deze nieuwe benadering van chronologie specifiek hebben ontwikkeld om de logica van de kwantummechanica te verduidelijken. We zijn van plan om in toekomstig werk verder in te gaan op de implicaties van chronologische voorwaarden voor de logica van de kwantumtheorie, zeggen ze.
Het gebruik van de chronologie van de speciale relativiteitstheorie als proeftuin voor de logica van de kwantummechanica kan tot interessante resultaten leiden. Het meest opwindende zou een soort conflict zijn tussen de twee theorieën die verschillende voorspellingen doen. Dat zou een experimentele test mogelijk maken.
Natuurlijk is er al een soort conflict tussen speciale relativiteit en kwantummechanica in de vorm van verstrengeling, het vreemde kwantumfenomeen waarin twee lichamen dezelfde golffunctie delen, ook al zijn ze ruimtelijk gescheiden.
De fundamentele aard van verstrengeling is een van de grote mysteries van de wetenschap. Misschien helpt de nieuwe chronologische benadering van Shapere en Wilczek.
Referentie: arxiv.org/abs/1208.3841 : Beperkingen op chronologieën