פיזיקה קיומית: מה שקורה “עכשיו” הוא יחסי

מובא באישור מ פיזיקה קיומית: מדריך של מדען לשאלות הגדולות של החיים, נכתב על ידי Sabine Hossenfelder והוצאת Viking.

העובדה שחלוף הזמן אינו אוניברסלי כבר די מטריפה את הדעת, אבל יש עוד. מכיוון שמהירות האור היא מהירה מאוד אך סופית, לוקח זמן עד שהאור מגיע אלינו, לכן, למען האמת, אנחנו תמיד רואים את הדברים כפי שהם נראו קצת קודם לכן. שוב, עם זאת, אנו בדרך כלל לא שמים לב לכך בחיי היומיום. האור נע כל כך מהר שזה לא משנה במרחקים הקצרים שאנו רואים על כדור הארץ. לדוגמה, אם אתה מסתכל למעלה וצופה בעננים, אתה למעשה רואה את העננים כפי שהם נראו לפני מיליונית השנייה. זה לא באמת עושה הבדל גדול, נכון? אנו רואים את השמש כפי שהיא נראתה לפני שמונה דקות, אבל מכיוון שהשמש בדרך כלל לא משתנה כל כך בכמה דקות, זמן הנסיעה של האור לא עושה הבדל גדול. אם אתה מסתכל על כוכב הצפון, אתה רואה אותו כפי שהוא נראה לפני 434 שנים. אבל, כן, אתה יכול לומר, אז מה?

מפתה לייחס את פער הזמן הזה בין הרגע שבו משהו קורה לבין ההתבוננות שלנו בו כמגבלה של תפיסה, אבל יש לזה השלכות מרחיקות לכת. שוב, הבעיה היא שחלוף הזמן אינו אוניברסלי. אם תשאלו מה קרה “באותו הזמן” במקומות אחרים – למשל, בדיוק מה שעשיתם כשהשמש פלטה את האור שאתם רואים עכשיו – אין תשובה משמעותית לשאלה.

בעיה זו ידועה בשם תורת היחסות או סימולטניות, והוא אויר היטב על ידי איינשטיין עצמו. כדי לראות איך זה קורה, זה עוזר ליצור כמה ציורים של מרחב-זמן. קשה לצייר ארבעה מימדים, אז אני מקווה שתסלחו לי אם אני משתמש רק בממד אחד של מרחב ובמימד אחד של זמן. עצם שאינו זז ביחס למערכת הקואורדינטות שנבחרה מתואר על ידי קו ישר אנכי בתרשים זה (איור 1). קואורדינטות אלה מכונות גם כמסגרת המנוחה של האובייקט. עצם שנע במהירות קבועה גורם לקו ישר להטות בזווית. לפי מוסכמה, פיזיקאים משתמשים בזווית של 45 מעלות למהירות האור. מהירות האור זהה עבור כל הצופים, ומכיוון שלא ניתן לחרוג ממנה, עצמים פיזיים צריכים לנוע על קווים שנוטים פחות מ-45 מעלות.

איינשטיין טען כעת כדלקמן. נניח שאתה רוצה לבנות מושג של סימולטניות על ידי שימוש בפולסים של קרני לייזר שמקפיצים מראות שנמצאות במנוחה יחסית אליך. אתה שולח דופק אחד ימינה ואחד שמאלה ומעביר את המיקום שלך בין המראות עד שהפולסים חוזרים אליך באותו רגע (ראה איור 2א). אז אתה יודע שאתה בדיוק באמצע וקרני הלייזר פוגעות בשתי המראות באותו רגע.

לאחר שעשיתם זאת, אתם יודעים בדיוק באיזה רגע בזמן שלכם דופק הלייזר יפגע בשתי המראות, למרות שאינכם יכולים לראות אותו כי האור מאותם אירועים עדיין לא הגיע אליכם. אתה יכול להסתכל בשעון שלך ולומר, “עכשיו!” בדרך זו, בנית רעיון של סימולטניות שבאופן עקרוני, יכול להשתרע על כל היקום. בפועל אולי אין לך סבלנות לחכות עשרה מיליארד שנים עד שדופק הלייזר יחזור, אבל זו פיזיקה תיאורטית בשבילך.

חכם יותר מהר יותר: ניוזלטר Big Think

הירשם לקבלת סיפורים מנוגדים לאינטואיציה, מפתיעים ומשפיעים המועברים לתיבת הדואר הנכנס שלך בכל יום חמישי

כעת דמיינו שסו חברתכם זזה יחסית אליכם ומנסה לעשות את אותו הדבר (איור 2ב). נניח שהיא זזה משמאל לימין. גם סו משתמשת בשתי מראות, אחת מימין ואחת משמאלה, והמראות נעות יחד איתה באותה מהירות – לפיכך, המראות נמצאות במנוחה ביחס לסו, כמו שהמראות שלך יחסית אליך. כמוך, היא שולחת פולסי לייזר לשני הכיוונים וממקמת את עצמה כך שהפולסים חוזרים אליה משני הצדדים באותו רגע. כמוך, היא יודעת אז שהפולסים פוגעים בשתי המראות באותו רגע, והיא יכולה לחשב בדיוק לאיזה רגע זה מתאים בשעון שלה.

הבעיה היא שהיא מקבלת תוצאה שונה משלך. שני אירועים שסו חושבת שקורים באותו זמן לא היו קורים באותו זמן לפי דבריך. זה בגלל שמנקודת המבט שלך הפולסים נעים לכיוון אחת המראות ומתרחקים מהשנייה. לך נראה שהזמן שלוקח לדופק להגיע למראה משמאלה קצר יותר מהזמן שלוקח לדופק השני להדביק את המראה מימין. רק שסו לא שמה לב, כי בנתיבי החזרה של הדופקים מהמראות, קורה ההיפך. לדופק מהמראה משמאלה של סו לוקח יותר זמן להדביק אותה, בעוד שהדופק מהמראה מימינה מגיע מהר יותר.

היית טוען שסו עושה טעות, אבל לפי סו אתה עושה את הטעות כי מבחינתה אתה זה שזז. היא הייתה אומרת שלמעשה פעימות הלייזר שלך לא פוגעות במראות שלך באותו זמן (איורים 2c ו-2d).

מי צודק? לא ולא אתה. דוגמה זו מראה שבתור היחסות הפרטית האמירה ששני אירועים התרחשו בו זמנית היא חסרת משמעות.

ראוי להדגיש שהטיעון הזה עובד רק בגלל שאור לא צריך מדיום כדי לנסוע בו, ומהירות האור (בוואקום) זהה לכל הצופים. הטיעון הזה לא עובד עם גלי קול, למשל (או כל אות אחר שאינו אור בוואקום), כי אז מהירות האות באמת לא תהיה זהה עבור כל הצופים; במקום זאת זה יהיה תלוי במדיום שבו הוא נוסע. במקרה כזה, אחד מכם יהיה צודק אובייקטיבית והשני טועה. שהרעיון שלך לגבי עכשיו אולי אינו זהה לשלי זו תובנה שאנו חבים לאלברט איינשטיין.

זה עתה קבענו ששני משקיפים שנעים זה ביחס לזה לא מסכימים מה המשמעות של שני אירועים מתרחשים בו זמנית. זה לא רק מוזר, אלא שהוא שוחק לחלוטין את התפיסה האינטואיטיבית שלנו לגבי המציאות.

כדי לראות זאת, נניח שיש לך שני אירועים שאינם נמצאים בקשר סיבתי זה עם זה, מה שאומר שאינך יכול לשלוח אות מאחד לשני, אפילו לא במהירות האור. באופן דיאגרמטי, “לא במגע סיבתי” אומר רק שאם אתה מצייר קו ישר דרך שני האירועים, הזווית בין הקו לאופק היא פחות מ-45 מעלות. אבל תסתכל שוב על איור 2b. עבור שני אירועים שאינם בקשר סיבתי, אתה תמיד יכול לדמיין צופה שעבורו הכל על הקו הישר הזה הוא בו זמנית. אתה רק צריך לבחור את מהירות הצופה כך שנקודות ההחזרה של פולסי הלייזר יהיו על הקו. אבל אם שתי נקודות שאינן קשורות סיבתי מתרחשות בו-זמנית עבור מישהו, אז כל אירוע הוא “עכשיו” עבור מישהו.

כדי להמחיש את השלב האחרון, נניח שהאירוע האחד הוא הלידה שלך והאירוע השני הוא פיצוץ סופרנובה (ראה איור 3). הפיצוץ מנותק באופן סיבתי מהלידה שלך, מה שאומר שהאור ממנו לא הגיע לכדור הארץ בזמן שנולדת. לאחר מכן תוכל לדמיין שסו ידידתך, המטיילת בחלל, רואה את האירועים הללו בו-זמנית, כך שהם התרחשו במקביל לדבריה.

נניח עוד שעד שתמות האור מהסופרנובה עדיין לא הגיע לכדור הארץ. אז חברך פול יוכל למצוא דרך לנסוע באמצע בינך לבין הסופרנובה כדי שהוא יראה את המוות שלך ואת הסופרנובה בו זמנית. שניהם קרו בו זמנית לפי פול.

Leave a Comment