Entä jos aika ei olekaan todellista?
Tarvitsen sinulta hetken täyden huomion tähän.
Fyysikot ovat kehittäneet laboratoriossa jotain hämmästyttävää — pienen, taskuun sopivan universumin. Ja tässä on pointti: tuon pienen kosmoksen sisällä aika ei tikita kellon mukaan. Sen sijaan aika vain... tapahtuu. Se nousee esiin hiukkasten kaaoksesta.
Tiedän. Minunkin aivoni huumasivat ensimmäisellä lukukerralla.
Puretaan tämä auki, koska tämä on yksi mielenkiintoisimmista jutuista, joihin olen törmännyt pitkään aikaan.
Se iso kysymys, johon kukaan ei osaa vastata
Tässä on jotain, mikä pitää fyysikot öisin hereillä: mitä aika oikeastaan on?
Kaikki me sen tunnemme, eikö niin? Aika liikkuu eteenpäin. Kahvi jäähtyy. Vanhenemme. Kellot tikittävät. Yksinkertaista.
Mutta täällä asiat menevät oudoiksi: fysiikan peruslait — ne säännöt, jotka ohjaavat kaikkea atomeista galakseihin — eivät oikeastaan välitä suunnasta. Useimmat näistä laeista toimivat täydellisesti riippumatta siitä, pyöritätkö niitä eteen- vai taaksepäin. Ne ovat täysin symmetrisiä ajan suhteen.
Joten jos fysiikan lait eivät erota menneisyyttä tulevaisuudesta, miksi me erotamme? Miksi aika tuntuu virtaavan yhteen suuntaan?
Tämä kysymys on kiusannut tutkijoita jo yli vuosisadan. Ja nyt, vihdoin, meillä saattaa olla vihje.
Universumin rakentaminen laatikkoon
Professori Giovanni Barontini Birminghamissa teki jotain poikkeuksellista. Hän loi sen, mitä voin kuvailla "miniuniversumiksi" laboratoriossaan — yksinkertaistetun kvanttijärjestelmän, joka mahdollistaa ajan tutkimisen hallituissa olosuhteissa.
Ajattele asiaa näin: sen sijaan, että tutkittaisiin koko universumia (mikä on vähän hankalaa mahtuu laboratoriotiloihin), hän rakensi pienennetyn version sellaisesta.
Hän otti noin 24 000 atomia — joo, se on paljon, mutta fysiikassa se on todella pieni määrä — ja jäähdytti ne muutaman asteen päähän absoluuttisesta nollasta. (Absoluuttinen nolla on kylmimmät mahdollinen lämpötila, muuten. Käsittämättömän kylmä.)
Nämä atomit suljettiin eristettyyn järjestelmään, kahden laservalon muodostaman esteen taakse. Tämä loi kaksi aluetta: "kirkas" alue, jota tutkijat pystyivät tarkkailemaan, ja "pimeä" alue, joka pysyi piilossa.
Pieni alkuräjähdys
Nyt täällä asiat alkavat todella kiinnostaa.
Tämän miniatyyrikosmoksen sisällä kirkas alue laajeni ja kutistui jatkuvasti. Kuvittele, että katselet yksinkertaistettua versiota alkuräjähdyksestä — kun kaikki räjähti ulospäin — jota seurasi "suuri romahdus", jossa kaikki kutistuu takaisin yhteen.
Koska järjestelmä oli täysin eristetty ulkomaailmasta, tutkijat pystyivät tutkimaan vain sitä, mitä järjestelmän sisällä tapahtui. Ei ulkoisia kelloja. Ei ulkopuolista apua.
Ja he löysivät jotain merkittävää.
Aika nousee esiin kaaoksesta
Tiimi huomasi, että "aika" tässä miniuniversumissa syntyi entropian muutoksista — pohjimmiltaan atomien epäjärjestyksestä tai leviämisestä niiden liikkuessa kirkkaan ja pimeän alueen välillä.
Ajattele asiaa näin: kun kaadat kermaa kahviin, se leviää ja sekoittuu. Tuo leviäminen, tuo epäjärjestyksen kasvu, on entropiaa. Ja ilmeisesti juuri se on se, mitä aika saattaa olla — ei universumin taustalla tikittävä kello, vaan itse epäjärjestyksen virtaus.
Kun hiukkaset liikkuivat ympäriinsä ja jakautuivat uudelleen, aika virtasi tehokkaasti eteenpäin. Kun hiukkasten uudelleenjärjestäytyminen loppui, aika... pysähtyi.
Professori Barontini kutsuu tätä "entropiseksi ajaksi", ja sillä on joitakin kiehtovia ominaisuuksia:
- Se virtaa yhteen suuntaan ja luo sen tutun "ajan nuolen", jonka kaikki me tunnemme
- Se pystyy järjestämään tapahtumat oikeaan järjestykseen, vaikka universumi laajenee ja kutistuu
- Se voi nopeutua tai hidastua entropian muutosten mukaan
Miksi tällä on väliä (todella paljon)
Tässä on se hullu osuus: tämä koe tarjoaa ensimmäisen hallitun todisteen siitä, että aika voidaan määritellä järjestelmän sisäisten muutosten kautta, eikä jonain ulkoisena tikittävänä kellona.
Kuten professori Barontini sen ilmaisee: "Arjessa aika virtaa menneisyydestä tulevaisuuteen — miksi näin on, kun suurin osa fysiikan peruslaeista toimii samalla tavalla eteen- ja taaksepäin?"
Ja nyt meillä saattaa vihdoin olla vastaus. Aika ei ole universumin taustalla tikittävä kello. Se on jotain, mikä nousee esiin siitä, miten järjestelmät kehittyvät ja muuttuvat.
Mitä tämä tarkoittaa fysiikalle
Tämä ei ole pelkkä tyylikäs temppu. Tämä työ käsittelee yhtä fysiikan vanhimmista ongelmista.
Jos tietyt teoriat universumista pitävät paikkansa — jos kosmos todella ei sisällä sisäänrakennettua kelloa — niin miten voimme koskaan laittaa tapahtumia oikeaan järjestykseen? Vastaus, näyttää siltä, saattaa olla yksinkertaisempi kuin ajattelimme: tapahtumat järjestyvät oman sisäisen kehityksensä perusteella.
Miniuniversum tarjoaa myös todellisen kokeellisen alustan kvanttikosmologian ja kvanttigravitaation testaamiseen. Pelkästään matemaattisiin malleihin ( jotka ovat tärkeitä, mutta rajallisia ) nojaamisen sijaan tutkijat voivat nyt tutkia alkuperäiseen universumiin liittyviä käsitteitä oikeilla laboratoriokokeilla.
Lopulta samaa lähestymistapaa voitaisiin laajentaa tutkimaan alkuräjähdyksen fysiikkaa, simuloituja mustia aukkoja ja kilpailevia teorioita ajan luonteesta.
Oma näkemykseni
Rehellisesti? Pidän näistä jutuista valtavasti.
Olemme aina ajatelleet aikaa jonain kiinteänä, ulkoisena asiana — kuin jokena, joka vain virtaa olipa olemme valmiita tai emme. Mutta tämä tutkimus viittaa siihen, että aika saattaa olla enemmänkin rytmi, joka nousee esiin aineen tanssista.
Se muistuttaa minua siitä, miten lämpötila ei oikeastaan ole "asia" — se on mittari sille, kuinka nopeasti atomit liikkuvat. Lämpötila nousee esiin liikkeestä. Ja nyt näyttää siltä, että aika toimii samoin: se nousee esiin muutoksesta.
Se on minulle kaunista. Se viittaa siihen, että aika ei ole jotain, mikä on asetettu universumin päälle ulkopuolelta. Se on jotain, mitä universumi tekee itselleen.
Ja se, ystäväni, on aika hienoa.
Lähde: ScienceDaily