Leonard Kelleyllä on kandidaatin tutkinto fysiikasta ja sivuaineena matematiikka. Hän rakastaa akateemista maailmaa ja pyrkii jatkuvasti tutkimaan sitä.

PERUSTIETOJA

Ajatus kuvitteellisesta ajasta vakavasti otettavana fysiikan konstruktiona sai alkunsa Hawkingin ja toisten fyysikoiden noususta kvanttikosmologian pariin. Suhteellisuusteorian mukaan avaruusaikaa kuvaava metriikka on ds2=-dt2 + dx2 + dy2 + dz2. Jos otamme ajan mielikuvitukselliseksi, huomaamme, että metriikasta tulee euklidinen (meille tuttu geometria) ja sitä on siksi helpompi käsitellä. Mutta ajatus kasvoi muille aloille, ja yksi tuon kehityskauden lapsista oli Hawking-Hartyle-teoria, joka yritti ratkaista maailmankaikkeuden alkutilan. Muistakaa, että emme pidä äärettömyyksien käsittelystä todellisuudessamme, ja yleisen suhteellisuusteorian mukaan maailmankaikkeus alkoi äärettömässä ainetiheyden tilassa. Hawking-Hartyle-teorian mukaan kuvitteellinen aika oli maailmankaikkeuden ulottuvuus, joka katosi meiltä maailmankaikkeuden kehittyessä, ja se toimi kuten ääretön tila ennusti. Hawking piti tämän testaamista kuitenkin mahdottomana, joten hän vähätteli sitä pikemminkin ehdotuksena kuin teoriana (Morris 164-5, Anderson)

Miten voimme siis ajatella kuvitteellista aikaa ymmärrettävässä yhteydessä? Kuvitteellinen aika on erilainen tapa ajatella aika-avaruuden etenemistä. Se, mitä pidämme reaaliaikana, olisi menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus. Kuvitteellinen aika olisi kohtisuorassa nykyhetkeen nähden (kuten kompleksisella tasolla), jolloin monia asioita voisi tapahtua yhtä aikaa. Miksi haluaisimme haastaa näin oudon käsitteen oikeuteen? Se auttaa singulariteettien kanssa. Niissä avaruusaika käpertyy itseensä ja tuntemamme fysiikka hajoaa. Mutta kuvitteellisella ajalla muodostuisi sen sijaan suljettu pinta (kolmiulotteinen), joka irtautuisi avaruusajastamme (Hawking 81).

Nyt tuo mainitsemani maailmankaikkeuden ääretön tila tarvitsee tätä ylimääräistä ulottuvuutta, koska se antaa meille tavan puhua jostain äärellisestä, jolla ei ole rajoja, Hawkingin käsitteellisenä esimerkkinä on pallo. Rajattomuus on hienoa, koska voimme laajentaa fysiikkaa ulos ja leikkiä sillä mitä tarvitsemme, systeemillä joka on eristetty todellisesta avaruusajasta johon olemme tottuneet. Niinpä tuntemamme maailmankaikkeus alkoi alkuräjähdyksellä, mutta se oli vain tila, joka jatkuu kuvitteellisessa ajassa, mikä poistaa jonkin ärsykkeen etsimisen, joka käynnistäisi todellisuutemme (Hawkingin ”The Beginning”).

Eroavat mielipiteet

Nyt jos oletetaan, että kuvitteellinen aika on edes mahdollista…mitä se edes tarkoittaa? Loppujen lopuksi sen kuvitteellinen nimi näyttää viittaavan sen rooliin enemmänkin välineenä kuin todellisuutena. Mielikuvitusluvuilla on kuitenkin merkitystä useilla tieteenaloilla, erityisesti elektroniikassa. Kuvitteellinen aika olisi uusi tapa puhua suhteellisuusteoriasta ja kvanttimekaniikasta. Meidän voi olla vaikea puhua tästä käsitteestä, koska sen käyttö singulariteeteissa ja ulottuvuuksissa on kaukana ja vaikeaa. Meidän on ehkä ajateltava sitä ei meidän avaruudellisilla termeillämme vaan toisella, ehkä ei-fyysisellä tavalla. Emme ole vielä varmoja, ja monet fyysikot valitsevat pikemminkin työkalulähestymistavan kuin kirjaimellisen lähestymistavan (Welch).

Jotkut tulkinnat Hawkingin työstä näyttävät viittaavan kuvitteelliseen aikaan ratkaisuna kvanttitunnelointiongelmiin. Jotkut kokeet osoittavat hiukkasten kulkevan mahdollisesti nopeammin kuin c, mikä on selvä suhteellisuusteorian rikkomus. Mutta tutkijat tarjoavat seuraavan ajatuksen: entä jos kuvitteellinen aika vaikuttaa hiukkasen toimintaan? Entä jos nuo kausaaliset lukemat johtuvat ei-kausaalisesta toiminnasta, joka ei rikkoisi totuttuja lakeja? Loppujen lopuksi kvanttimekaniikassa on mielikuvituksellisia komponentteja, joita on haastavaa purkaa. Ehkä se on hiukkanen, joka osoittaa jonkinlaista liikettä kuvitteellisessa ajassa, jolla ei ole todellisia seurauksia meidän reaaliaikaamme, vaan sen sijaan johonkin stokastiseen näkökulmaan, näennäisesti satunnaiseen (Chao).

Kaverit, tämä on todellakin rajapyykki, jonka tutkimista on jatkettava…

Works Cited

Anderson, Christian Coolidge. ”Fysiikan määrittely kuvitteellisessa ajassa: Reflection Positivity for Certain Riemannian Manifolds.” Math.harvard.edu. Harvard University, Mar. 2013. Web. 28.2.2018.

Chao, Wu Zhong. ”The Imaginary Time in the Tunneling Process.” arXiv: 0804.0210v1.

Hawking, Stephen. Mustat aukot ja vauvauniversumit. New York: Bantam Publishing, 1993. Print. 81.

—. ”Ajan alku.” Hawking.org.uk. Web. 06.10.2017.

Welch, Kerri. ”Kuvitteellisen ajan merkitys”. Textureoftime.wordpress.com. 15 Jul. 2015. Web. 28.2.2018.

© 2018 Leonard Kelley

Brad Watson – Miami 02.9.2019:

Aika on yksiulotteinen, mutta sillä on 12 eri puolta…

12. Kuvitteellinen aika.