Aeg tundub meile lineaarne: me mäletame minevikku, kogeme olevikku ja ennustame tulevikku, liikudes järjest ühest hetkest teise. Aga miks see nii on ja kas aeg võib lõpuks olla omamoodi illusioon? Selles episoodis Nobeli preemia laureaat füüsik Frank Wilczek räägib peremehega Steven Strogatz paljudest aja "nooltest" ja sellest, miks enamik neist tunduvad pöördumatud, kella olemusest, sellest, kuidas Einstein muutis meie aja määratlust, ning ootamatu seose vahel aja ja meie arusaamade vahel sellest, mis tumeaine võib olla.

Kuulake edasi Apple Podcastid, Spotify, Google Podcastid, Häälestama või oma lemmik taskuhäälingusaadete rakenduse või saate seda teha voogesitage seda Quanta.

Ümberkirjutus

STEVEN STROGATZ: Me kõik oleme teadlikud aja möödumisest. Oleme seda tundnud aastaaegade muutumises, laulu- ja tantsurütmis, meie laste kasvamises ja vanemaks saades. Meeldib see või mitte, aga aeg on elu oluline osa. Ja aastatuhandete jooksul on teadlased üldiselt pidanud aega ühemõõtmeliseks asjaks, nooleks, mis liigub edasi, mitte kunagi tagasi. Kuid mida lähemalt aega vaatame, seda keerulisemaks ja salapärasemaks see läheb. Tänapäeva teadlased on eriarvamusel selles, kas aeg või vähemalt meie kogemus selle kohta on tõeline või illusoorne. Võib-olla me ei liigu tegelikult ajas. Võib-olla on olevik, minevik ja tulevik võrdselt tõelised.

[Teemaesitused]

Mina olen Steve Strogatz ja see on taskuhäälingusaade "The Joy of Why". Quanta Magazine, kus mu kaasmajutaja, Jana Levin, ja uurin kordamööda mõningaid tänapäeva suurimaid vastuseta küsimusi matemaatikas ja loodusteadustes.

Selles episoodis me küsime teoreetiline füüsik Frank Wilczek, "Mis on aeg?" Kuidas me seda varem määratlesime? Ja kuidas võiks kvantfüüsika seda tulevikus uuesti määratleda?

Frank on MIT-i Herman Feshbachi füüsikaprofessor, Arizona osariigi ülikooli tunnustatud professor ja Stockholmi ülikooli professor. Ta on selle võitja 2004. aasta Nobeli preemia füüsikas ja 2022. aasta Templetoni auhind. Ja ta on mitme raamatu autor, sealhulgas hiljuti Põhialused: kümme reaalsuse võtit. Frank, tere tulemast raamatusse "The Joy of Why".

FRANK WILCZEK: Aitäh. Hea meel siin olla.

STROGATZ: Mul on väga hea meel teiega taas vestelda. Mulle meeldis kogu su raamat Põhialused, ja seletus, mille sa andsid aja kohta ja kuidas ajast mõelda, oli minu jaoks üks mõjuvamaid ja ilusamaid. Aga ma tahaksin alustada omamoodi isikliku küsimusega teie ajakogemuse kohta, just poja ja inimesena, abikaasana, ma ei tea. Kuidas kogete aega inimesena ja kas see erineb sellest, kuidas te seda kogete teadlasena?

WILCZEK: No sel aastal olen ma ajaga väga kenasti vastamisi sattunud. See on 50. aastapäev nii minu esimesest teadustööst kui ka, mitte juhuslikult, minu abielust. Sellest on 50 aastat…

STROGATZ: (naerab) Vau.

WILCZEK: Ja ma olen mõtisklenud aja möödumise üle ja teatud mõttes ajas tagasi rändanud, et neid olulisi hetki uuesti vaadata.

See on väga huvitav küsimus, mida te esitate, et aeg, nagu see meie võrrandites ilmneb, on… Noh, see on põhimuutuja, mille all maailm avaneb. Nii et see on sümbol, t, mis kajastub meie võrrandites. Ja võrrandeid järgides saame vihjeid, mille kohta t on. Ja see ütleb teile, millised on selle omadused, mis kajastuvad asjades, mida me enda ümber näeme, ja nende käitumises.

Kuid aeg hakkab nii-öelda omaette elama, sest saate arutada selle omadusi sõltumata asjadest, millele see mõjub, eriti selle sümmeetria üle.

Kuid tulles tagasi ajakogemuse ja aja füüsilise definitsiooni juurde – asi, mis tekitab selles sõna otseses mõttes kortsu, seisneb selles, et mineviku kohta teavet talletades ja tulevikule mõeldes saame ajas rännata viisil, mis on füüsiline. objektid, mis järgivad füüsika võrrandeid, tegelikult mitte.

Ainult naabrid õigel ajal räägivad üksteisega võrrandites. Kuid oma mõtetes saame mälestusi talletada. Või võime mõelda tulevikule. Saame tõesti ajas rännata.

STROGATZ: See on suurepärane. Et võrrandites on midagi, mida me vaatame ainult lõpmatult ettepoole. Nagu te ütlete, on oluline, et naabrid oleks õigel ajal, eks? Praegused olud ennustavad, mis juhtub lähihetkel tulevikus.

WILCZEK: Jah, praegu mõistetavas põhiõiguse raamistikus see kindlasti nii toimib. On lõbus spekuleerida, et lõpuks võib-olla on olemas globaalsem struktuur, et on tingimusi, mida me pole veel tabanud ja mis muudavad universumi avanemise vältimatuks ja ainulaadseks.

Kuid praegusel kujul räägivad seadused teile sellest, kuidas maailma olukord ühel hetkel muutub selliseks, nagu see on järgmisel hetkel.

STROGATZ: Mis on teie arvates aja suured saladused?

WILCZEK: Ma arvan, et üks mõistatus, mis on väga viljakas, ja võib-olla oleme selgeks tegemisel palju edusamme teinud, on see, et füüsika põhiseadused näivad olevat ajas peaaegu pöörduv, kuigi igapäevane maailmakogemus seda ei ole.

See tõstatab kaks küsimust, mis on järgmised: kuidas pääseda põhiseadustest, millel on see pöörduvusomadus, kogeda, mis aga drastiliselt mitte?

Ja siis, teiseks, miks oli seadustel selline omadus, kui kogemust pole vaja kirjeldada, vaid see on ka omamoodi piinlik? See kujutab endast probleemi, väljakutset. Kuidas ühitada seda seaduste omadust kogemusega, mis näib olevat kui mitte vastuolus, siis vähemalt sellega pinges.

Need on kaks suurt probleemi, mis on minu arvates tegelikult suuresti lahendatud, kuid siiski väga viljakad, eriti esimene: miks on seadused sellised?

Ja siis, veelgi suurem probleem, mis – või veelgi salapärasem ja sügavam probleem on – on viis, kuidas me praegu sõnastame oma maailmakirjelduse – seaduste järgi, mis ütlevad teile, kuidas maailm hetkest hetkesse areneb, on see, et täielik?

See tundub teatud mõttes filosoofiliselt ebarahuldav, sest jagab maailmakirjelduse kaheks osaks. Üks on võrrandid ja teine ​​on maailma olukord ühel hetkel, mida tuleb kuidagi süstida, et asjad käima saada.

STROGATZ: Nii et vaatame, kas ma saan sellest aru. Küsimus on selles, miks on seadustel see peaaegu pöörduvuse omadus.

WILCZEK: Jah.

STROGATZ: Küsimuse "võrrandid versus algtingimused" võiksime esitada.

WILCZEK: Jah, jah.

STROGATZ: Mõned inimesed teavad, et ütlete algtingimused ilma seda ütlemata.

WILCZEK: Õige.

STROGATZ: Ja seal on ka see kõnepruuk, "aja nool”, umbes – et meie kogemusest tundub, et aeg liigub ainult edasi. Ja te ütlete, et tundub, et sellel on hea resolutsioon. Arvame, et mõistame aja noolt.

WILCZEK: Ma arvan küll. See on pikk lugu, mis on aja jooksul muutunud üha veenvamaks. Kuid ma arvan, et ilmselt on palju erinevaid aja nooli, palju erinevaid viise, kuidas tulevik erineb minevikust. Kindlasti on olemas psühholoogiline nähtus. Samuti termodünaamika teine ​​seadus. See ütleb teile, et asjad muutuvad väga jämedalt öeldes juhuslikumaks, kuid sellel on ka täpne sõnastus. Seal on aja kiirgusnool, see kiirgus kipub asjadest välja minema ja mitte sisse tulema. See ajanool on seotud elu arenguga. Ja paljud teised, mida saate käigu pealt välja mõelda. Igal pool, kuhu vaatad, on aja nooled. Tuleviku ja mineviku vahel on asümmeetria.

Kuid ma arvan, et kõik need on praegu – me saame need kõik ühte noolesse kokku panna. Täpselt nagu "Üks sõrmus, mis valitseb neid kõiki", valitseb ka üks nool, mis valitseb neid kõiki, ja see on aja kosmoloogiline nool.

Ja nii võite öelda, et oleme mõistatuse lahendanud, kuid ma arvan, et õigem oleks öelda, et oleme kõik saladused ühte pakkinud, milleks on: Miks toimus suur pauk üldse?

Gravitatsioonile meeldib, kui asjad kokku klopsivad, kuid varane universum oli Suure Paugu ajal kosmoses väga-väga ühtlane. Seega oli gravitatsioon tasakaalust väljas. Ja sellest ajast saadik on toimunud gravitatsioon, mis püüab tasakaalu taastada.

Nii et aine paisub ja jahtub ning seejärel koguneb ja moodustab (lõpuks) tähed, mis hakkavad vabastama tuumaenergiat ja planeete, millel olendid saavad areneda. Seal on väga usutav lugu, mis on rikkalikult üksikasjalik ja mis joondab kõik nooled selle ühe kosmilise evolutsiooni noolega.

STROGATZ: Ma leian, et see on väga — isegi mitte kindel, mis omadussõna ma sellele paneksin, aga mõte, et meie ajakogemus voolab ainult olevikust tulevikku ja et munad ei sega end lahti ja muud sellist, et see on kuidagi seotud kogu universumi arenguga selle kuumast ühtlasest olekust selle praeguseks kohmakaks, teate küll, galaktikaga koormatud täheks... On lihtsalt metsik mõelda, et see asi, mis tundub nii kauge, mõjutab mu seljavalusid nüüd, kui ma olen vanamees, tead? Nagu tõesti, eks? Lõppkokkuvõttes see on see, mida sa ütled.

WILCZEK: See pole kindlasti ilmselge lugu ja ilma tõendite mägedeta, mis on kogu kaasaegse teaduse käigus välja töötatud, oleks see uskumatu. Nii et see on täiesti hämmastav.

STROGATZ: Kui asjad ei muutuks – näiteks kui me kujutaksime ette mõnd mõtteeksperimenti, kus midagi ei muutuks, kas siis oleks aeg ikkagi olemas? Kas aeg eksisteerib sündmustest lahus? Või on aeg mingi mõõdupuu selle kohta, et asjad muutuvad?

WILCZEK: Noh, te võite kindlasti ette kujutada – ja tegelikult saate luua füüsika põhiseaduste lahendusi – nii kooskõlas kõigi meile teadaolevate aluspõhimõtetega, kus midagi ei juhtu, ja t on endiselt nende võrrandite koostisosa -

STROGATZ: Nii et tühjal universumil oleks veel aega?

WILCZEK: Jah, aeg oleks ikkagi võrrandites. Ja isegi sellises olukorras võiksite küsida, mis juhtuks, kui te selle universaalse tasakaalu pisut häiriksite? Ja siis paljastataks aeg. Nii et aeg oleks justkui varjatud, kuid olukorra sõnastamisel oleks see siiski vajalik. Me räägime millestki, mis on ajast sõltumatu, kuid et te ei saa seda sõnastada, ütlemata, et on midagi, millest see võis sõltuda, kuid see ei sõltu.

STROGATZ: See on juba huvitav vastus. Ma olen veidi üllatunud, et sa seda ütled. Ma mõtlen, et sulle meeldib filosoofia, nagu ma mäletan. Ma arvan, et olete natuke filosoofiat õppinud, eks?

WILCZEK: Väga amatöörlik, väga amatöörlikul moel. Kuid tegelikult olen sellele viimasel ajal tehnilisel tasandil mõelnud. Aga mõelge jõele, jõe voolule. Väga korrapäraselt voolava jõe kohta võite ette kujutada kahte erinevat kirjeldust.

Niisiis, ühes kirjelduses, mida tehniliselt nimetatakse Euleri kirjelduseks, täpsustaksite, milline on voolukiirus igas kohas, ja see annaks teile jõe voolu täieliku kirjelduse. Ja kui vool on korrapärane, ei pruugi midagi juhtuda. Kiirused aja jooksul ei muutuks.

STROGATZ: Õigus.

WILCZEK: Siiski on veel üks kirjeldus, mis on seotud Lagrange'i nimega. See on omamoodi interjööri kirjeldus, kus jälgite üksikute veemolekulide voolu. Ja siis liiguvad need proovid edasi kohaliku kiirusega. Ja mida aeg edasi, on nad erinevas kohas, nii et nad näevad erinevat kiirust. Kuigi kiirus oli algselt positsiooni, kuid mitte aja funktsioon. Aga seestpoolt vaadates, kui jälgida voolu ennast, siis asjad juhtuvad.

Nii et mõlemad kirjeldused kehtivad. Kui me nimetame seda jõge universumiks, siis universum ühes mõttes ei muutu. Kuid seestpoolt kogetuna on see muutumas. Kui olete jões ja lähete vooluga kaasa, on dünaamiliseks arenguks piisavalt ruumi.

Ja ma arvan, et see võib olla sügaval universumis toimuv. Kui soovite saada interjööri kirjeldust - Lagrangi kirjeldust, mitte Euleri kirjeldust -, pole see vastuolu. See on lihtsalt erinev viis vaadata sama objekti, sama reaalsust seest või väljast. Inimese pilk versus jumalapilk.

STROGATZ: Ma tahan küll teiega uurida erinevaid ajakäsitlusi teaduse ajaloos, kui liigume näiteks Newtonilt Einsteini juurde. Aga praegu tahaksin teilt lihtsalt küsida — ja see on muidugi naljakas, et me räägime aja arutamise ajal pidevalt ajast. Nagu ma ütlen: "Praegu esitan teile küsimuse aja kohta."

WILCZEK: Raske on põgeneda, kas pole?

STROGATZ: Raske on põgeneda!

WILCZEK: Seda nad ütlevad. Kui see on illusioon, on see üsna veenev illusioon.

STROGATZ: See on väga veenev illusioon. Nii et siin on see, mille poole ma püüdlesin: me teame, et Einsteini mõjutas palju teadlane/filosoof Mach, Ernst Mach. Me räägime Machi numbrist helis, kuid see on sama Mach. Olgu, aga nii: Mach. Kas see mees oli asjade operatiivsetest määratlustest väga huvitatud? Nii et Einstein, istub seal patendiametis ja mõtleb ajale, hakkab ütlema: "Aeg on see, mida kellad mõõdavad."

Ja sa kirjutad sellest palju Põhialused, ja ma arvasin, et see oli asjadest väga huvitav lähenemine. Kas soovite - kas saate seda ideed kasutada? Kas peaksime mõtlema ajast kui sellest, mida kellad mõõdavad, erinevalt mõnest udusemast ajamääratlusest?

WILCZEK: Noh, ma arvan nii, kui tahame mõelda ajast teaduslikult ja viljakalt fundamentaalsel tasandil. Kuid lubage mul seda veidi täpsustada.

STROGATZ: See vajab veidi lahtipakkimist.

WILCZEK: Ingliskeelne sõna "time" hõlmab palju maad ja seda saab kasutada erinevates tähendustes, täpselt nagu "energia", OK? Energia tähendab teadusliku diskussiooni kontekstis midagi väga spetsiifilist. Kuid tavakeeles on sellel palju laiem tähendus, millel on ka hägused servad.

Niisiis, sarnaselt ajaga, kui ma ütlen: "Aeg on see, mida kellad mõõdavad", pean ma silmas teaduslikku ajakontseptsiooni, mis on äärmiselt viljakas ja mida saab väga täpselt viia väga kaugele. Ja selle väite õigeks mõistmiseks peate laiendama ka kella mõistet.

Kell on kõik maailmas, mis muutub mis tahes viisil, sest seadused on sõnastatud nii, et asjad muutuvad selle muutuja funktsioonina t. Ja kõik muutub ja asjad muutuvad erineval viisil. Nad liiguvad. Nad läbivad keemilisi reaktsioone. Nad vananevad bioloogilises mõttes. Ja tähelepanuväärne väide on see, et see üks muutuja võrrandites on selle kõige aluseks.

Nii et teil võivad olla kellad, mis töötavad väga-väga erinevatel põhimõtetel. Teil võib olla asju, mis jälgivad maa liikumist päikese ümber. Sul võivad olla asjad, mis jälgivad veevoolu, veekellad. Kell võiks olla vaatamise põhjal kuidas keegi vananeb, inimene vananeb. See poleks väga täpne kell, aga põhimõtteliselt ja kui biokeemiasse süveneda, seda võiks täpsustada. Palju-palju erinevat tüüpi kellasid, kuid need on kõik üksteisega kooskõlas.

Seega, kui ma ütlen, et kellad mõõdavad aega, on see midagi enamat kui operatiivne avaldus. Sellel on väga mittetriviaalne sisu. See ütleb, et kõik korralikult kalibreeritud ja arusaadavad kellad, olenemata nende tööpõhimõttest, suudavad jõuda järjekindlale kokkuleppele kellaaja osas.

STROGATZ: Me tuleme kohe tagasi.

[Paus reklaami sisestamiseks]

STROGATZ: Tere tulemast tagasi saatesse "The Joy of Why".

Kui siin filosoofialt veidi käike teadusajaloole vahetada, siis mulle tundub, et suur osa teaduse eduloost, eriti selles, mida me sageli nimetame 1600. aastate ja hilisemaks teadusrevolutsiooniks, oli seotud võime päris hästi aega mõõtma hakata. Et pole juhus, et Galileo ja Huygens ja Newton ja, teate, nende järglased olid samal ajal, kui häid pendelkellasid hakati valmistama. Ja et saaksite liikumisseadused kätte saada nii, et teil oleks olnud probleeme nende hankimisega enne, kui teil olid head ajamõõtmisseadmed.

Kas see on teie arvates õige? Kas meie teaduse areng sõltus tõesti oskusest aega hästi mõõta?

WILCZEK: See kindlasti aitas. Ja eriti kui laiendada aja määratlust nii, et see hõlmaks ka planeetide regulaarset liikumist, nagu Kepleri seadus, mille kohaselt planeedid pühivad võrdsetel aegadel välja võrdsed alad. Ja loomulikult oli see tähelepanek Kepleri seaduste sõnastamisel kesksel kohal, mis koos Galileo pendli ja langevate kehade uurimisega viis see kõik teadusrevolutsiooni haripunkti: Newtoni klassikalise mehaanika ja gravitatsiooniseaduste sõnastuseni. Nii et jah, see kõik põhineb suuresti kaalutlustel, mis laias laastus tõid kaasa aja.

STROGATZ: Kui me siis edasi kerime – loomulikult jäädes ikka nende ajasõnade juurde –, liikudes nüüd Einsteini poole. Einsteinis hakkab meil tõesti juhtuma väga kummalisi asju – paljude inimeste jaoks juhtub vastupidiseid asju.

WILCZEK: Noh, Newtoni arusaamadest kaugemale ulatuva gravitatsioonilise vastastikmõju rikkalikuma kirjelduse sõnastamisel ja juba enne seda, püüdes elektrodünaamika võrrandite sümmeetriat õiglust pidada, viidi Einstein paindlikuma ajakontseptsiooni juurde.

Lubage mul alustada relatiivsusteooria eriteooriaga, mis oli ajalooliselt esimene. Kui viibite kinnises laboris ja teete laborites katseid, mis liiguvad üksteise suhtes konstantse kiirusega, jõuaksite samade seadusteni, olenemata sellest, milline see kiirus on. See on erirelatiivsusteooria olemus. Selleks aga selgub, et mida üks tüüp nimetaks ajaks, teine ​​tüüp ruumi ja aja seguks. See on matemaatiliselt lihtne segu. Seda me nimetame lineaarseks kombinatsiooniks, kuid see on kindlasti ruumi ja aja segu. Niisiis, see tutvustab ideed, et kellaaja määratlemisel on teatud paindlikkus.

Sama sisuga kehtivaid füüsikaseadusi saate kasutada mõnda aega kasutades t või muul ajal, t $lateks ^{prime}$ [t-prime], see on segu t ja x, Kus x on positsioon. Nii et see oli erirelatiivsusteooria.

Ja siis oli see omamoodi suur üllatus. sest näiteks Newton pidas aega üheks asjaks. Newton oli väga teoloog ja arvas väga, et see, mida ta oma töös teeb, mõistab, kuidas Jumal töötab. Ja ta arvas, et Jumal, ma arvan, surus maailmale peale oma psühholoogilise aja. Seal oli - idee, et ajal võib olla erinevaid kehtivaid määratlusi, oleks Newtonile väga võõras.

Aga seda postuleeris Einstein ja see võimaldab saada väga ilusaid füüsikaseaduste sõnastusi ja leida neis seaduspärasusi, mida muidu oleks väga raske leida.

Ja siis, üldises relatiivsusteoorias, muutub see veelgi kummalisemaks, kuna lubate erinevatel inimestel erinevates kohtades oma valida t versioon, milline neist aegadest valida. Seda nimetatakse kohalikuks Lorentzi muutumatuks. Iga inimene saab valida oma ruumi ja aja segu, mida kasutada. Ja võrrandid tuleb sõnastada nii, et need võimaldaksid neid valikuid. Neil on nn sümmeetria. Kuigi võrrandite sõnastus näeb välja väga erinev, kui inimesed teevad erinevaid valikuid, on nende sisu sama. Ja see omadus on ainult väga erilistel võrranditel.

Ja Einstein suutis uskumatus geniaalses teos – sellest põhimõttest lähtudes – tuletada täiustatud gravitatsiooniteooria. Aeg sulandub ruumiga ja kogu aegruum võib kõverduda. Need mõjud on laboratoorsetes mastaapides väga-väga väikesed. Aga kui rääkida makroskoopilistest skaaladest – Maa ja Maa gravitatsioonivälja või universumi skaalast või väga ekstreemsetes tingimustes, näiteks seal, kus on väga suur massikontsentratsioon, mis kõverdab ruumi mustades aukudes. Siis tulevad aja paindlikumad, painduvamad või isegi vedelamad vormid omaette.

STROGATZ: Hmm. Ma mõtlen, et seal on palju relatiivsuskatseid, katseid aatomkellade lennukis kandmiseks. Kui inimesed pole neid asju kuulnud, mida te just mainisite, kõlaks see ilmselt päris fantastiliselt. Kuid meil on väga head ja kindlad tõendid selle kohta, et need kõik on tõsi, sealhulgas isegi GPS-vidinad mida oma autodes kasutame. Tead, ma mõtlen, kui üld- ja erirelatiivsusteooriat, kui me ei võtaks neid arvesse...

WILCZEK: Noh, GPS ei töötaks, sest väga oluline on GPS-is aeg täpselt õigeks saada. GPS-süsteemi töös kasutate vahemaade järeldamiseks väga täpset ajastust, tuginedes asjaolule, et valguse kiirus on universaalne konstant. Ma lihtsustan natuke liiga, aga see on põhimõtteliselt tõde, jah.

Ja kuna valguse kiirus on igapäevaste kiirustega võrreldes väga-väga suur, peegelduvad väga väikesed vead aja mõõtmisel olulisteks muutusteks kauguses. Nii et kui teete aja käsitlemisel väikseid vigu, muutuvad need palju suuremateks vigadeks, olulisteks vigadeks ruumis. Seega peate oma ajakäsitluses olema väga-väga täpne, et muuta GPS kasulikuks süsteemiks.

STROGATZ: Õige, nii et satelliidid on kõrgel, kus gravitatsiooniväli on nõrgem. Teate, kõik need satelliidid on osa GPS-süsteemist ja liiguvad seal päris kiiresti. Kõiki neid asju tuleb arvesse võtta ja neid parandada ning ma arvan, et see on suurepärane näide sellest, kuidas võite arvata, et meie Einstein on ainult mustad augud või kogu universum, kuid —

WILCZEK: Noh, see on tõesti tähelepanuväärne, et kui minna tagasi Einsteini algse erirelatiivsusteooria paberi juurde, siis ta räägib soovi korral erinevate jaamade sünkroniseerimisest ja korrelatsioonist, et nad saaksid ruumi ja aja määratluses kokku leppida. Ja veidikene huumorimeelega on näha, et see, mida ta seal kirjeldab, on GPS-süsteem.

STROGATZ: Wow.

WILCZEK: Teate küll, inimesed liiguvad ringi varraste ja kelladega ning kasutavad valguse kiirust sünkroonimise ja kauguse mõõtmise viisina. Täpselt nii – see on GPS-süsteem, eks.

STROGATZ: Oh, ma pole kunagi mõelnud sellele. Ma tahan teilt küsida nii palju asju. Kuidas on lood tumeainega? Ma tean, et see on üks teie lemmikuid. Kuulame sellest. Mis on tumeainel pistmist ajaga?

WILCZEK: Loogiliselt võttes on sellel parimal juhul nõrk seos ajaga, aga see on väga huvitav lugu, mis on väga põnev ja millega ma olen hetkel kõvasti seotud. Niisiis tumeaine on tähelepanek, et eksisteerib terve nähtuste võrgustik, kus näib, et gravitatsiooni ja gravitatsioonijõudu on rohkem, kui me suudame aine olemasolule jälile jõuda.

Tundub, et see võib olla uut tüüpi osake, mis lihtsalt juhtub väga-väga nõrgalt suhtlema ainetega, millega oleme aastakümneid tegelenud, kuid mis siiski avaldab gravitatsiooni. Ja ma arvan, et tean, mis see on, ja on tekkinud konsensus, et see on hea idee - midagi, mida nimetatakse aksioonideks. Ja nüüd lõpuks tuleb ühendus ajaga.

Aksioonid toodi füüsikasse mitte tumeaine tekitamise viisina, vaid selleks, et käsitleda seaduste veidrat omadust: et nad on väga peaaegu samad või neil on peaaegu sama sisu, kui muudate aja suunda. Ehkki makroskoopiline kogemus nii ei käitu, käituvad mikroskoopilised seadused nii.

Miks? Meil on sellega väga tore lugu.

Relatiivsusteooria ja kvantmehaanika põhimõtted ning standardmudeli sügavad sümmeetriad – niinimetatud gabariidisümmeetriad, mis juhivad teiste jõudude olemust – piiravad tugevalt aine vastastikmõjusid. Nii et kui eeldate, et need põhimõtted on õiged, saate füüsikaseadustele võimsad piirangud.

Ja selgub, et nende piirangute peaaegu juhusliku tagajärjena jooksevad seadused ajas edasi ja tagasi peaaegu samamoodi. Nii et see on teoreetilise mõistmise tohutu võidukäik.

Kuid see pole veel päris valmis. Ja seal on üks interaktsioon, mis on kooskõlas põhiseadustega, põhiprintsiipidega, peaksin ütlema, et see järgiks kõiki neid põhimõtteid, kuid ei oleks aja jooksul pöörduv. Ja on leitud, et ka see suhtlus on väga-väga väike.

Nii et selle põhjalikuks mõistmiseks on juhtiv idee võtta kasutusele veel üks suur põhimõte. See on midagi nn Peccei-Quinni sümmeetria pärast füüsikud, kes seda tutvustasid.

Siis mõistsid mõned meist, et selle uue printsiibi tulemusena ennustatakse, et eksisteerima peab uut tüüpi osake, mida ma nimetan aksiooniks ja millel on täiesti tähelepanuväärsed omadused. Ennustatakse, et see suhtleb tavalise ainega väga-väga nõrgalt. Ja siis mõistame, et kui käivitate võrrandid läbi Suure Paugu, on see toodetud täpselt õigel viisil, et luua tumeaine, mida astronoomid olid täheldanud.

See on pehmelt öeldes väga julgustav, et see lahendab automaatselt selle teise kosmoloogilise probleemi. Ja imeline asi, mis on viimastel aastakümnetel juhtunud – kuid eriti praegu kiirenevas tempos – on see, et on võimalik kavandada katseid, mis tuvastavad need, kui need on väljas.

Katsed on väga rasked. See on nagu neutriinode tuvastamise probleem, kuid raskem – võib-olla kui oleme õiged nipid selgeks õppinud, ei tundu see enam nii raske. Kuid neid katseid tehakse. Viie kuni kümne aasta pärast saame palju rohkem teada.

STROGATZ: Mulle meeldib, et lõpetate meie saate siin viie kuni kümne aasta mainimisega, sest ma tahan mõne loodetavasti terava või emotsionaalse noodiga lõpetada, et suur osa tööst, mille poolest olete eriti tuntud, on teil tehtud. Nobeli preemia, oli teie karjääri alguses. Kas poleks tore, kui viie kuni kümne aasta pärast need teljed mõõdetakse ja leitakse, et need on õiged.

WILCZEK: See muudaks mu päeva paremaks. Loodan, et see ei oleks mu karjääri lõpp, kuid see teeks kindlasti mu päeva.

STROGATZ: Noh, mul on väga hea meel, et sain sinuga jälle rääkida, Frank. Nii oleme rääkinud teoreetilise füüsiku Frank Wilczekiga aja saladusest ja ilust. Frank, tänan nii palju, et olite täna meiega.

WILCZEK: Aitäh. See on au ja privileeg, nagu öeldakse.

[Teemaesitused]

STROGATZ: Aitah kuulamast. Kui naudite "The Joy of Why" ja te pole seda veel tellinud, vajutage kuulamiskohas tellimis- või jälgimisnuppu. Saatele saate ka arvustuse jätta. See aitab inimestel seda podcasti leida.

"The Joy of Why" on taskuhäälingusaade Quanta Magazine, toimetuslikult sõltumatu väljaanne, mida toetab Simons Foundation. Simonsi fondi rahastamisotsused ei mõjuta teemade valikut, külalisi ega muid toimetusotsuseid selles taskuhäälingus ega Quanta Magazine.

“The Joy of Why” on produtseerinud PRX Productions. Tootmismeeskond on Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler ja Merritt Jacob. PRX Productionsi tegevprodutsent on Jocelyn Gonzales. Morgan Church ja Edwin Ochoa pakkusid täiendavat abi.

alates Quanta Magazine, John Rennie ja Thomas Lin andsid toimetusjuhiseid, keda toetasid Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana ja Madison Goldberg.

Meie teemamuusika pärineb APM Musicust. Julian Lin mõtles välja taskuhäälingusaate nime. Episoodi kunst on Peter Greenwoodilt ja meie logo autorid Jaki King ja Kristina Armitage. Eriline tänu Columbia ajakirjanduskoolile ja Bert Odom-Reedile Cornell Broadcast Studios'is.

Ma olen teie võõrustaja, Steve Strogatz. Kui teil on meile küsimusi või kommentaare, saatke meile e-kiri aadressil [meiliga kaitstud]. Aitah kuulamast.