Spezielle Relativitätstheorie und die seltsame Physik der Chronologie

Die spezielle Relativitätstheorie hat die Art und Weise, wie wir über die Zeit und die Reihenfolge der Ereignisse denken, verändert. Einstein hat bekanntermaßen gezeigt, dass zwei Ereignisse für einen Beobachter gleichzeitig erscheinen können, für einen anderen jedoch nicht. Tatsächlich ist es möglich, zwei räumlich getrennte Ereignisse in beliebiger Reihenfolge erscheinen zu lassen, indem man sie aus unterschiedlichen Bezugssystemen betrachtet .

Aber was ist mit drei oder mehr Ereignissen? Treten alle möglichen Zeitordnungen in irgendeinem Rahmen auf? Wenn nicht, welche Einschränkungen gibt es? fragen Alfred Shapere von der University of Kentucky in Lexington und Frank Wilczek vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Heute geben sie uns die Antwort.

Ihre Argumentation erweist sich als einfach. Bei drei Ereignissen – A, B und C – sind sechs mögliche Anordnungen möglich. Diese Ereignisse treten in einem Universum mit drei Raum- und einer Zeitdimension auf. In dieser vierdimensionalen Welt ist es immer möglich, diese Ereignisse durch ein Dreieck zu verbinden, das auf einer zweidimensionalen Ebene liegt.



Shapere und Wilczek zeigen, dass, wenn die Ebene dieses Dreiecks vollständig raumförmig ist, also senkrecht zur Dimension der Zeit steht, es einen Bezugsrahmen gibt, in dem die Ereignisse simultan sind und kleine Transformationen alle sechs Ordnungen erzeugen können .

Aber wenn das Flugzeug irgendwie zeitgleich ist, dann werden gewisse Ordnungen unmöglich.

Sie verallgemeinern dieses Ergebnis für beliebig viele Ereignisse in beliebig vielen Dimensionen sowohl für flache als auch für gekrümmte Raumzeiten.

Und mit einem letzten Schliff zeigen sie, wie man denselben Trick rückwärts macht: Sie erarbeiten die Eigenschaften einer Raumzeit angesichts der Art der Chronologien, die sie erlaubt.

Das kann interessante Implikationen haben. Die Chronologie von Ereignissen spielt in der Quantenmechanik eine wichtige Rolle. Stellen Sie sich zum Beispiel drei räumlich getrennte Ereignisse A, B und C vor. Ein Beobachter könnte diese Ereignisse mit einer Wellenfunktion beschreiben, bei der A vor B steht. In diesem Fall kollabiert eine Messung an A die für B zugängliche Wellenfunktion.

Ein anderer Beobachter kann die Ereignisse jedoch mit einer Wellenfunktion beschreiben, bei der B vor A steht. In diesem Fall kollabiert eine Messung bei B die für A zugängliche Wellenfunktion.

Nehmen Sie nicht an, dass die Chronologie der Ereignisse so eingeschränkt ist, dass A niemals sowohl B als auch C vorausgehen kann.

Dann haben wir die eigentümliche Situation, dass eine Messung bei A einen Kollaps bei entweder B oder C in verschiedenen Frames verursachen kann, aber nie beides, sagen Shapere und Wilczek.

Das ist kein Paradox, aber seltsam künstlich. Offensichtlich gibt es einen Mangel in der Logik, die Physiker verwenden, um auf diese Weise über die Quantenmechanik nachzudenken.

Shapere und Wilczek sagen, dass sie diesen neuen Ansatz für die Chronologie speziell entwickelt haben, um die Logik der Quantenmechanik zu verdeutlichen. Wir planen, die Implikationen der Chronologiebedingungen für die Logik der Quantentheorie in zukünftigen Arbeiten weiter auszuarbeiten, sagen sie.

Die Verwendung der Chronologie der Speziellen Relativitätstheorie als Testgelände für die Logik der Quantenmechanik kann zu interessanten Ergebnissen führen. Am spannendsten wäre ein Konflikt zwischen den beiden Theorien, die unterschiedliche Vorhersagen treffen. Das würde einen experimentellen Test ermöglichen.

Natürlich gibt es bereits eine Art Konflikt zwischen der Speziellen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik in Form der Verschränkung, dem seltsamen Quantenphänomen, bei dem zwei Körper die gleiche Wellenfunktion teilen, obwohl sie räumlich getrennt sind.

Die grundlegende Natur der Verschränkung ist eines der großen Geheimnisse der Wissenschaft. Vielleicht hilft der neue chronologische Ansatz von Shapere und Wilczek.

Ref: arxiv.org/abs/1208.3841 : Einschränkungen bei Chronologien

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