Czas – największa zagadka wszechświata?

Zdejmij czapkę i załóż coś naprawdę dziwnego. Taką fantastyczno-naukową.

Wyobraź sobie, że czas – ta niby oczywista rzecz, która budzi cię rano i usypia wieczorem – w ogóle nie jest tym, czym się wydaje.

Wiem, brzmi jak start z komedią romantyczną. Ale zostań ze mną.

Przez ponad wiek fizycy byli w zasadzie pewni jednego: czas jest fundamentalny. Po prostu istnieje. Tak jak przestrzeń. Tak jak grawitacja. To część podstawowej infrastruktury wszechświata.

Tylko że im głębiej naukowcy grzebią w tym, dlaczego czas działa tak, jak działa, tym bardziej wszystko zaczyna się rozpadać. Jak tania szafka z Ikei.

Dlaczego czas ma kierunek?

Mam do ciebie pytanie. Dlaczego pamiętasz wczoraj, ale nie pamiętasz jutra?

Brzmi głupio, co? Jasne, że nie pamiętamy przyszłości. Po prostu się jeszcze nie wydarzyła.

Ale tutaj robi się ciekawie: większość praw fizyki kompletnie nie rozróżnia kierunku czasu. Weź wideo z planetami krążącymi wokół Słońca, elektronami skaczącymi albo wahadłem. Puść je do przodu albo do tyłu – wygląda tak samo. Matematyka nie widzi różnicy między przeszłością a przyszłością.

Więc czemu nasze doświadczenie czasu ma taki sztywny kierunek? Czemu nie pamiętamy jutra i nie zapominamy wczoraj?

Fizycy nazywają to „strzałką czasu". I od dekad doprowadza ich to do szału.

Entropia – wkurzający problem

Długo najlepszym wytłumaczeniem była entropia – czyli idea, że rzeczy mają tendencję do coraz większego chaosu. Możesz rozbić szklankę, ale już jej nie skleisz. Możesz rozbełtać jajko, ale nie złożysz go z powrotem. Entropia w zamkniętych układach zawsze rośnie.

I tutaj wszystko się składa: jeśli przyszłość to kierunek rosnącej entropii, to mamy naszą strzałkę czasu. Wyjaśnia to, czemu pamiętamy przeszłość (niższa entropia) i nie pamiętamy przyszłości (wyższa entropia).

Idealnie, prawda?

No właśnie nie.

Jest jeden mały problem.

Jeśli entropia musiała rosnąć od początku czasu, to nasz wszechświat musiał zacząć się w niesamowicie uporządkowanym stanie. Tak uporządkowanym, że aż podejrzanie. Jakby ktoś to wszystko starannie przygotował.

Ale to nie pasuje do tego, co według nas wydarzyło się przy Wielkim Wybuchu. Na podstawie wszystkiego, co obserwujemy, to był bałagan i chaos, nie jakaś czysta, starannie ułożona początkowa konfiguracja.

Fizycy nie przepadają za pomysłem, że wszechświat potrzebuje specjalnych, niewyjaśnionych warunków początkowych. To brzmi jak coś doczepionego na siłę. Niesatysfakcjonującego.

Szalona hipoteza Juliana Barboura: grawitacja tworzy czas

Tutaj robi się naprawdę interesująco.

W 2014 roku fizyk Julian Barbour zaproponował coś, co na pierwszy rzut oka brzmi jak science fiction. A jeśli strzałka czasu pochodzi od grawitacji?

Wiem, co myślisz. Grawitacja? Ta siła, która trzyma kawę na stole i sprawia, że rzeczy spadają? Ona tworzy czas?

Bądź ze mną.

Barbour i jego zespół nie używali standardowych równań Einsteina. Posługiwali się czymś called Shape Dynamics – to inny matematyczny język do opisywania wszechświata.

Oto najciekawsza część: w tym podejściu zamiast skupiać się na tym, gdzie coś jest w przestrzeni i czasie, koncentrujesz się na relacjach między rzeczami. Jak obiekty są ułożone względem siebie? Jakie tworzą wzory?

Kiedy Barbour przeprowadził symulacje – biorąc losowe cząstki i pozwalając grawitacji działać – wydarzyło się coś niezwykłego.

Strzałka czasu pojawiła się sama. Naturalnie. Bez żadnego ustawiania kierunku.

Cząstki zaczęły w relatywnie uporządkowanym stanie, oddziaływały przez grawitację i naturalnie przechodziły ku bardziej złożonym układom o wyższej entropii. Kierunek czasu po prostu się pojawił. Jak magią, tyle że to matematyka – więc jednocześnie bardziej i mniej magiczne.

Dlaczego to jest ważne (i dlaczego to może nie być cała prawda)

Moja ocena: ten pomysł jest fascynujący, ale powinniśmy podchodzić do niego z ostrożnym entuzjazmem, a nie ogłaszać rozwiązanej fizyki.

Model Barboura był uproszczony. Pracował tylko z cząstkami oddziałującymi przez grawitację. Prawdziwy wszechświat ma wszystkie możliwe cząstki, wszystkie cztery fundamentalne siły, efekty kwantowe, ciemną materię i pewnie rzeczy, których jeszcze nie odkryliśmy.

Zbudowanie kompletnego, realistycznego modelu całego kosmosu w ramach Shape Dynamics? To ogromne wyzwanie. Teraz zajmuje się tym garstka naukowców na świecie.

Ale główna idea – że czas może nie być fundamentalną właściwością, tylko czymś, co wyłania się z innej fizyki – jest naprawdę inspirująca. Sugeruje, że czas to nie jakaś gotowa scena, na której wszechświat się odgrywa. Może być czymś, co naturalnie powstaje z interakcji materii i energii.

Co prowadzi mnie do absolutnie szalonej spekulacji...

A co, jeśli gdzieś czas płynie wstecz?

Prawie nie chcę ci tego mówić, bo brzmi to nieprawdopodobnie. Ale społeczność fizyków traktuje to poważnie.

Niektóre teorie sugerują, że czas może nie płynąć do przodu wszędzie. W innych wymiarach lub w odległych regionach multiversum czas może płynąć w przeciwnym kierunku. Przeszłość i przyszłość byłyby zamienione, ale dla obserwatorów tam wszystko wydawałoby się normalne. Pamiętaliby swoją przyszłość i zapominali przeszłość, tak jak my tutaj.

To koncepcja, która sprawia, że mój mózg boli w najlepszy możliwy sposób.

Oczywiście, to bardzo teoretyczne. Mówimy o wymiarach, których nie możemy obserwować bezpośrednio, i fizyce działającej kompletnie inaczej niż wszystko, co znamy. Ale właśnie dlatego to tak captivate – wszechświat może być dziwniejszy, niż nasza intuicja jest w stanie ogarnąć.

Podsumowanie

Do czego wracam? Czas wydaje nam się absolutny. Najbardziej niezawodna rzecz w istnieniu. Każda chwila płynie nieuchronnie w następną.

A mimo to, im głębiej patrzymy, tym bardziej widzimy, jak мало actually rozumiemy.

Czy czas jest fundamentalny? Czy jest czymś, co wyłania się z głębszych zasad? Czy grawitacja może być źródłem strzałki czasu? Czy są części rzeczywistości, gdzie czas płynie w sposób, którego nawet nie możemy sobie wyobrazić?

Nie wiem jak ty, ale ja znajduję w tym pocieszenie. W świecie, który czasem wydaje się przewidywalny i zwyczajny, wszechświat robi rzeczy, które zaprzątają umysły genialnych naukowców.

Gdzieś tam czas może właśnie płynąć wstecz. I szczerze? Ta myśl sprawia, że jutro wydaje się trochę ciekawsze.