Sci - nature wiki

لماذا لا أحد يعرف حقا ما هو الوقت

0

قبل شهرين ، عندما تحدثت عن كتابي القادم تاريخ موجز لضبط الوقت، من أجل ندوة الفيزياء وعلم الفلك في Union ، بعنوان “هل يعرف أي شخص حقًا الوقت الحالي؟” تم القيام بذلك إلى حد كبير كإشارة إلى عنوان أغنية شيكاغو التي أنا كبير السن بما يكفي لأتذكرها (إشارة تجاوزت رؤساء بعض أعضاء هيئة التدريس الأصغر سناً …) ، ولكن أيضًا في وعي كامل بقانون Betteridge’s Law of Headlines. .

إذا لم تكن معتادًا على ذلك ، وكنت كسولًا جدًا في النقر على الرابط ، فهذه هي نكتة “القانون” التي تقول في أي وقت يكون لمقال ما عنوان رئيسي في شكل سؤال ، فإن الإجابة المتوقعة على السؤال هي “لا . ” لذلك استخدمت هذا العنوان تحديدًا لإعداد إجابة بالنفي – في الواقع ، لا أحد هل حقا يعرف الوقت.

قد يبدو ذلك شيئًا غريبًا ، خاصةً لأنني كتبت كتابًا كاملاً يستكشف عدة آلاف من السنين من هوس الإنسان بضبط الوقت ، وقد كنت أتحدث عنه في هذه المدونة خلال الشهرين الماضيين أيضًا. من منظور الفيزياء الأساسية ، هذا صحيح تمامًا – ليس لأننا لسنا جيدين في بناء الساعات (هذا ، في الواقع ، شيء نحن جيدون فيه بشكل استثنائي) ، ولكن لأن “ما الوقت الآن؟” في الواقع ، ليس سؤالًا جيد التصميم له إجابة واحدة نهائية.

أبسط توضيح للمشكلة الرئيسية هو ظاهرة أصبحنا جميعًا أكثر دراية بها في عصر العمل من المنزل عبر Zoom ، أي تنسيق الأحداث عبر مسافات طويلة. إذا فكرنا في الوقت بأقدم وأبسط معاني “أين نحن في مجرى اليوم؟” الجواب على هذا السؤال يعتمد على أين أنت على سطح الأرض. عندما كانت الشمس في أعلى نقطة لها في السماء اليوم لمراقب على خط الزوال الرئيسي في غرينتش ، المملكة المتحدة ، كان لا يزال أمامها ما يقرب من 20 دقيقة قبل أن تطل فوق الأفق هنا في شينيكتادي ، نيويورك. يعتمد الوقت الذي يتم قياسه بالشمس ، أو استعداد الناس للصعود والتنقل ، إلى حد كبير على الموقع.

هذا النوع من الاختلاف في “ما هو الوقت” هو مجرد مسألة تقنية للتنسيق ، على الرغم من أنه لا علاقة له بالفيزياء الأساسية. يمكننا حل هذه المشكلة من خلال إنشاء مجموعة من المناطق الزمنية العالمية ، والاتفاقيات لربطها ، وتمكين الناس من معرفة الوقت المناسب لشخص على خط طول مختلف تمامًا. طالما أن الجميع يزامن ساعاتهم بشكل مناسب في البداية ، فإن المناطق الزمنية تجعل من السهل تحديد الوقت في مكان آخر على الكرة الأرضية.

على الرغم من ذلك ، فإن “ما دام الجميع يزامن ساعاتهم” هو تحذير مهم ، وتبين أنه خطوة رئيسية في طريق الإجابة “لا” التي كنت أضعها في حديثي. المفهوم الأساسي واضح ومباشر ، لكن ما يبدو للوهلة الأولى كمسألة تقنية مزعجة هو في الواقع قضية مستعصية في الفيزياء الأساسية.

يمكننا أن نجد طريقنا إلى المشكلة من خلال التفكير في واحدة من أقدم وأفضل الطرق لمزامنة الساعات ، أي النظر إلى حدث مرئي لكلا الطرفين في وقت واحد. يعود تاريخه إلى أواخر القرن السابع عشر ، وقد تم ذلك من خلال مراقبة خسوف أقمار جاليلي للمشتري: بمجرد أن تدور المدار ، فإنها تمر في ظل الكوكب العملاق ، وتومض بعيدًا عن الأنظار. يمكن توقع هذه الخسوفات بشكل كبير ، وبما أن كوكب المشتري بعيد بشكل لا يصدق ، يمكن رؤيتها من قبل المراقبين حرفياً نصف عالم متباعد. إذا كنت ترغب في مزامنة ساعتك في أمريكا الشمالية مع ساعة في أوروبا ، يمكنك البحث عن التاريخ والوقت المتوقعين لكسوف معين لقمر معين ، وعندما تراها ، ستعرف الوقت الصحيح.

باستثناء ، لقد عرفنا أيضًا منذ قرون أن هذا ليس كذلك تماما بهذه السهولة. يمكن التنبؤ بالكسوف إلى حد كبير ، لكن الوقت بين الخسوف يختلف قليلاً على مدار العام ، وهي حقيقة لاحظها عالم الفلك الدنماركي أولي رومر في سبعينيات القرن السابع عشر. قدم رومر ملاحظات دقيقة للتباين في وقت خسوف أيو ، واستنتج التفسير المفاهيمي الصحيح: هذا الضوء له سرعة محدودة. لجزء واحد من العام ، يظهر الكسوف قبل بضع دقائق مما كان متوقعًا ، لأن الحركة المدارية للأرض تجعلها أقرب إلى المشتري بين الكسوف ، ويحتاج ضوء الحدث إلى وقت أقل قليلاً للوصول إلى هنا. في جزء آخر من العام ، تتحرك الأرض بعيدًا عن كوكب المشتري ، ويظهر الكسوف التالي بعد وقت قصير مما كان متوقعًا ، لأن الضوء أمامه مسافة أبعد ليقطعه.

لذا إذا أردنا مزامنة الساعات بشكل صحيح ، فنحن بحاجة إلى حساب وقت السفر أيضًا. يمكن القيام بذلك من أجل خسوف الأقمار ، على الرغم من الفوضى قليلاً ، لذلك من السهل توضيح ذلك من خلال تخيل سيناريو مختلف قليلاً ، حيث يتبادل المراقبون الرسائل في موقعين مختلفين. نتخيل مراقبًا على اليمين في الرسم التخطيطي نريد مشاركة وقته مع مراقب إلى اليسار ، لكن هناك تأخير لمدة عشر دقائق في إرسال الإشارات من واحد إلى الآخر.

لتحقيق التزامن الصحيح في هذا السيناريو ، يرسل المراقب الصحيح إشارة زمنية – “إنه وقت الظهيرة!” ، على سبيل المثال – وعندما يستقبلها المراقب الأيسر ، قاموا بضبط ساعته لتتطابق. يرسلون أيضًا إشارة عودة فورية ، لإعلام المراقب المناسب أنهم تلقوا الرسالة الأصلية. عندما يتلقى المراقب المناسب رسالة الإرجاع ، يقوم بفحص الوقت – 12:20 ، في هذه الحالة – مما يمنحه وقتًا ذهابًا وإيابًا للإشارات ذهابًا وإيابًا.

يعمل هذا النظام بشكل رائع ، ومع بعض التحسينات لمراعاة العديد من المشكلات الفنية التي تظهر عندما تحاول القيام بذلك بشكل حقيقي ، فإن الطريقة التي نقوم بها بمزامنة الساعات عبر شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية هي بشكل أو بآخر. باستثناء ، هناك تحذير واحد مهم: هذا النظام لا يعمل إلا عندما يكون كل شخص معنيًا واقفًا. عندما تنظر إلى هذه العملية من وجهة نظر شخص ما يتحرك بالنسبة إلى الأشخاص الذين يقومون بمزامنة ساعاتهم ، فإن الأمور تسير بشكل خاطئ.

يحق لأي مراقب يراقب العملية أن يتخيل نفسه في حالة راحة بينما يتخطى الراصدان اللذان يقومان بالمزامنة ، في هذه الحالة ينتقلان من اليسار إلى اليمين. من وجهة نظر المراقب الثالث ، هذا يعني أن المراقب الأيسر يتحرك باتجاه إشارة الوقت الأولية أثناء الطيران. نتيجة لذلك ، هذه الإشارة ليست بعيدة عن السفر وبالتالي تصل في وقت أبكر بقليل مما هو متوقع (يشبه إلى حد ما خسوف رومر). في رحلة العودة ، يتحرك المراقب الصحيح بعيد من الإشارة ، لذلك يستغرق الوصول إلى هناك وقتًا أطول.

قد تعتقد أن هذه التأخيرات المختلفة ستلغي بعضها البعض ، لكنهم لا يفعلون ذلك – عندما تعمل من خلال الرياضيات لاختيار معين للسرعات التي اعتدت أن أجعلها في الشكل أعلاه ، تستغرق دورة المزامنة 22 دقيقة حتى تكتمل وفقًا لـ المراقب الثالث ، ولكن 20 فقط حسب الاثنين يقومان بالمزامنة. حتى بعد تطبيق تصحيح وقت السفر ، لن تعرض الساعتان الوقت الصحيح ، وفقًا للمراقب الثالث. يزداد التناقض سوءًا عندما يكون الراصدان المتزامنان للساعتين بعيدًا عن بعضهما البعض ، ويزداد سوءًا بشكل أسرع عندما تزداد السرعة النسبية.

قد يبدو هذا مجرد مشكلة فنية أخرى ، لكنه في الحقيقة عقبة أساسية أمام التوقيت العالمي. مصدر المشكلة هو حقيقة أنه يحق لكل مراقب أن يعتبر نفسه مرتاحًا تمامًا ، وهذا مبدأ عميق جدًا في الفيزياء ، مبدأ النسبية ، والذي يعود تاريخه إلى غاليليو. تعد مشكلة المزامنة هذه أساسًا لنظرية النسبية الحديثة ، كما أشير إليه من قبل ألبرت أينشتاين في عام 1905 ، لكن الفكرة الرئيسية كانت مفهومة من قبل هنري بوانكاريه وهندريك لورينتز قبل ذلك بقليل (على الرغم من أن أينشتاين اعتنق الآثار بشكل كامل). لا يوجد ، بشكل أساسي ، أي قياس يمكنك القيام به سيُظهر أي شيء آخر غير الساعات التي يحملها المراقبون المتحركون “تدق” بمعدل مختلف عن الساعات المماثلة الأخرى في حالة السكون.

تم تأكيد هذا الموقف تجريبيًا للسرعات من المشي السريع وصولاً إلى جزء كبير من سرعة الضوء – الساعات المتحركة حقا أفعل ضع علامة بطيئة. تزداد الأمور سوءًا عندما تدمج الجاذبية في المزيج (على الرغم من أن ذلك معقد للغاية بحيث لا يمكن شرحه في هذا المنشور الطويل بالفعل) – ساعات بالقرب من جسم ضخم حقا أفعل ضع علامة أبطأ من الساعات الموجودة على ارتفاعات أعلى ، ومرة ​​أخرى ، تم تأكيد ذلك في تجارب الساعات الذرية.

وهذا هو سبب حديثي ، “هل يعرف أي شخص حقًا الوقت الحالي؟” يمكن الإجابة عليها بـ “لا” ، على النحو الذي يطالب به قانون Betteridge. ليس الأمر أنه ليس لدينا ساعات ذات دقة كافية ، بل أن “الوقت الحالي” ليس في الأساس كمية عالمية. كل مراقب فردي ، في كل مكان في الكون ، لديه ساعته الداخلية الخاصة به مع تاريخه الفريد من الدقات بمعدل يعتمد على كيفية تحركه ومكانه. وبالتالي ، حتى لو تمكنا جميعًا من الاتفاق على حدث بداية واحد لتحديد الوقت “00:00:00” ، فلا توجد إجابة واحدة لمقدار الوقت المنقضي منذ ذلك الحين. لا احد يستطيع هل حقا تعرف “ما هو الوقت” لأنه لا يوجد وقت مناسب لذلك.

Leave A Reply

Your email address will not be published.