時間は、人間の生活のほとんどの分野で当たり前の概念です。それはあまり考えずにさりげなく扱われ、コンセプトを分解して正確に何が動いているかを確認しようとするときにのみ問題に遭遇するようです.
しかし、概念を分解することは理論物理学者が最も得意とすることであり、時間の概念を説明できないことは、現代の物理学における未解決の問題の 1 つとして残っています。やや哲学的な難題ではありますが、この無知はさまざまな調査分野に影響を与え、時間の問題として知られるようになりました.
この問題は、通常、3 つの主な懸念事項に分けられます。しかし、私たちの意見では、これらはすべて同じ基本的な問題の現れです。ほとんどの物理理論は通常、時間を抽象的な次元または外部パラメーターとして組み込みますが、時間の経過の緊急の経験は無視します。これは、通常述べられている問題の 1 つの側面にすぐにつながります。時間の進化は、過去から未来への単一の方向に普遍的に制限されています。一方、時間反転不変性は、物理理論、特に基本的な性質のものと推定される理論で蔓延しています。注目すべき例外の 1 つは熱力学であり、熱力学の第 2 法則によって時間方向を選択します。
3 つの側面からなる問題の 2 番目の側面は、さまざまな物理理論における時間の扱いに関するコンセンサスの欠如です。ここでの主な問題は、ニュートン物理学と量子物理学における絶対時間と、一般相対性理論のあいまいで動的な時間との間の共通点をどのように解決するかということです.
3 つの懸念事項の最後は、宇宙の明らかなタイムレス性です。これは 1967 年に Wheeler と DeWitt によって最前線にもたらされ、彼らの自称方程式によってうまく説明されています。
Ĥ | ψ ⟩ =0 ,
ここで、|ψ⟩ は宇宙の量子状態を表し、Ĥ はたまたま一般相対性理論の血統を持つ量子ハミルトニアンです。右側のゼロは、宇宙が正味エネルギーを持たないことの結果ですが、このシュレディンガーのような方程式は、孤立したシステムが自然にエネルギーを保存し、結果としてダイナミクスを凍結する必要があるという事実を実際に強調しています.その意味するところは、仮想的な外部観察者から見た宇宙は、時代を超越した状態にあるに違いないということです。これは、私たち自身の内面の視点とは正反対であり、これら 2 つの図を調整するという課題を私たちに残しています.
この奇妙な状況は、1983 年に Page と Wootters によって取り上げられました。条件付き確率解釈 (CPI) として知られることもある彼らの方法は、時間を時計と残りの 2 つのサブシステムに分離することで、時間を超越した宇宙に時間を復元します。 . 2 つのサブシステムが (量子的な意味で) 強く絡み合っていることを考えると、時計システムの重心位置などの固有値は、宇宙の残りの部分の時間変数と見なすことができます。いくつかの論争の対象ですが、CPI アプローチは、時代を超越した宇宙のパラドックスに明らかな解決策を提供し、おそらく、問題の他の 2 つの側面 (時間の矢と理論間の不一致) に対処する可能性を提供します。
CPI フレームワークの現実的な時計を求めて
会話を前進させる試みとして、進化の CPI 記述で使用できる時計システムのタイプを最近調査しました。 CPI戦略によると、この方法には適切なクロックが必要です。宇宙の残りの部分との必要な絡み合いに加えて、そのような時計は、多くの区別可能な状態を持つ弱く相互作用するシステムとして定義されます。標準測定装置の基本機能。関連する文献では、アンティは通常、良い時計から理想的な時計に上げられます。他のサブシステムとの相互作用がまったく発生しないクロックを意味します。私たちの最初の懸念は、理想的なケースがまったく現実的ではないということでした。宇宙内のすべてのシステムは、必然的に何らかの相互作用を受けます。
このセットアップを念頭に置いて、2004 年にドルビーによって開始された調査の手段に基づいて、CPI フレームワーク内でテストできる現実的なクロックを探しました。問題を単純化するために、クロック システムが他のサブシステムへの相互作用の影響を無視するのに十分なほど小さいでしょう。最初の調査では、半古典的な時計に落ち着きました。それは、減衰調和振動子のコヒーレント状態の記述です。中心的なアイデアは、最適なクロックを特定することでした。これは、前述の仮定に従って減衰が適切に弱いという制約を受けて、時間測定の不確実性を最小限に抑えます.
私たちの最初の期待は、最適なクロックが実際に理想的であるということでした (まともなシソーラスは信じているように)。ただし、相互作用効果を含めてパンドラの箱が開かれたようです。予想外のひねりで、相互作用がないという理想的な限界まで説明すると、実際には不確実性が最大化されることがわかりました。これは、減衰強度とともに単調に減少することを示すことができます。相互作用が適切に弱いことを確認して、ダンピング ファクターを目的の実行時間の逆数 (明らかに有限値の量) にほぼ等しく設定する妥協点を見つけます。言い換えれば、CPI フレームワークにおけるクロックの通常の選択は理想的かもしれませんが、現実的ではなく、限定的な意味でもありません。完全な分析と詳細な議論は、最近公開された記事「時間のない宇宙のための現実的な時計」で見つけることができます。
私たちは現在、物理的な観点からこの結果を理解し、それを時間の問題の他の側面に結びつけようとしています.私たちの最初の仕事は、時計が単なる半古典的なシステムではなく、完全な量子システムである場合に何が起こるかを確認することです。ダンピングされたクロックの結論は、無限のランタイムを許可することで回避できると主張されるかもしれませんが、これによりすべてのダンピングが削除され、理想的な制限が回復されるため、クロックが実際に量子である場合、そのような反論は崩壊するように見えます.これらの新しい調査に照らして、時間の CPI 記述には、実際だけでなく原則として厳密な問題として相互作用が必要であると信じる十分な理由もあります。時計に関するこの新しい視点は、目前の問題の少なくともいくつかを最終的に解決する可能性がありますが、時間が経てばわかります.
これらの調査結果は、ジャーナル Foundations of Physics に最近掲載された「Realistic Clocks for a Universe Without Time」というタイトルの記事で説明されています。 .この研究は、ロードス大学と国立理論物理学研究所の K. L. H. Bryan と A. J. M. Medved によって実施されました。
