A co jeśli czas w ogóle nie istnieje?

Słuchaj, musisz usiąść, zanim ci to powiem.

Fizycy właśnie stworzyli w laboratorium coś absolutnie szalonego — maleńki, kieszonkowy wszechświat. I najlepsze? W tym mini-kosmosie czas nie tyka sobie spokojnie z zegara. Zamiast tego — po prostu się dzieje. Wydobywa się z samego chaosu cząstek.

Wiem, wiem. Mnie też zamurowało, jak pierwszy raz to przeczytałem.

Ta wielka zagadka, która nie dawała spokoju

Jest coś, co nie дава physykom spać po nocach: czym właściwie jest czas?

Czujemy go, prawda? Czas płynie do przodu. Kawa stygnie. Ty się starzejesz. Zegary tykają. Prosta sprawa.

Ale teraz robi się dziwnie: fundamentalne prawa fizyki — te reguły, które rządzą wszystkim, od atomów po galaktyki — tak naprawdę nie przejmują się kierunkiem. Większość z nich działa idealnie, czy odtworzysz je do przodu, czy do tyłu. Są całkowicie symetryczne względem czasu.

Więc jeśli prawa fizyki nie rozróżniają przeszłości od przyszłości, to dlaczego my tak bardzo? Dlaczego czas płynie tylko w jedną stronę?

To pytanie dręczy naukowców od ponad stu lat. I teraz, wreszcie, możemy mieć trop.

Budowanie wszechświata w pudełku

Profesor Giovanni Barontini z University of Birmingham zrobił coś naprawdę niezwykłego. Stworzył w swoim labie coś, co mogę opisać tylko jako „mini wszechświat" — uproszczony układ kwantowy, który pozwala naukowcom testować pomysły na temat czasu w kontrolowanych warunkach.

Pomyśl o tym tak: zamiast badać cały wszechświat (co trochę ciężko wcisnąć do laboratorium), zrobił jego malutką, uproszczoną wersję.

Wziął około 24 000 atomów — tak, to sporo, ale w fizyce to naprawdę niewiele — i schłodził je do ułamków stopnia powyżej zera bezwzględnego. (Zero bezwzględne to najzimniejsza możliwa temperatura. Znaczy — nieprawdopodobnie zimno.)

Te atomy zamknięto w odizolowanym układzie, przedzielone barierą złożoną z dwóch wiązek laserowych. W ten sposób powstały dwa obszary: „jasny" region, który naukowcy mogli obserwować, oraz „ciemny" region, który pozostawał ukryty.

Maleńki Wielki Wybuch

A teraz robi się naprawdę ciekawie.

Wewnątrz tego miniaturowego kosmosu jasny region nieustannie się rozszerzał i kurczył. Wyobraź sobie, że oglądasz uproszczoną wersję Wielkiego Wybuchu — momentu, gdy wszystko wybuchło na zewnątrz — a po nim „Wielki Kolaps", gdzie wszystko zapada się z powrotem.

Ponieważ układ był całkowicie odcięty od świata zewnętrznego, badacze mogli studiować tylko to, co działo się wewnątrz samego układu. Żadnych zewnętrznych zegarów. Żadnej zewnętrznej pomocy.

I odkryli coś niezwykłego.

Czas wyrasta z chaosu

Zespół stwierdził, że „czas" w tym mini wszechświecie wyłaniał się ze zmian entropii — czyli zasadniczo z nieładu albo rozproszenia atomów, gdy te przemieszczały się między jasnym a ciemnym obszarem.

Pomyśl o tym tak: kiedy wlewasz śmietankę do kawy, rozprzestrzenia się i miesza. To rozprzestrzenianie, ten wzrost nieładu — to entropia. I najwyraźniej właśnie tym może być czas — nie tykającym zegarem w tle wszechświata, lecz samym przepływem nieładu.

Gdy cząstki się poruszały i przemieszczały, czas efektywnie płynął do przodu. Gdy cząstki przestawały się przestawiać... czas też się zatrzymywał.

Profesor Barontini nazywa to „czasem entropijnym", i ma to fascynujące właściwości:

• Płynie w jednym kierunku, tworząc tę znajomą „strzałkę czasu", którą wszyscy znamy
• Potrafi poprawnie porządkować zdarzenia, nawet gdy wszechświat się rozszerza i kurczy
• Może przyspieszać lub zwalniać w zależności od tego, jak zmienia się entropia

Dlaczego to ma znaczenie (ogromne)

Oto ta piorunująca część: ten eksperyment dostarcza pierwszych kontrolowanych dowodów na to, że czas może być zdefiniowany przez zmiany wewnątrz układu, a nie jako zewnętrzny tykający zegar.

Jak ujmuje to sam profesor Barontini: „W codziennym życiu czas płynie od przeszłości do przyszłości — dlaczego tak jest, skoro większość podstawowych praw fizyki działa tak samo do przodu i do tyłu?"

I teraz wreszcie możemy mieć odpowiedź. Czas nie jest tłem wszechświata, które sobie tyka. To coś, co wyrasta z tego, jak układy się rozwijają i zmieniają.

Co to oznacza dla fizyki

To nie jest żadna sztuczka dla zabawy. Ta praca dotyka jednego z najdłużej nierozwiązanych problemów fizyki.

Jeśli pewne teorie o wszechświecie są prawdziwe — jeśli kosmos naprawdę nie ma wbudowanego zegara — to jak w ogóle możemy ustawiać zdarzenia w prawidłowej kolejności? Odpowiedź, jak się okazuje, może być prostsza, niż myśleliśmy: zdarzenia są porządkowane przez własną wewnętrzną ewolucję.

Mini wszechświat daje też prawdziwą platformę eksperymentalną do testowania pomysłów z kwantowej kosmologii i grawitacji kwantowej. Zamiast polegać wyłącznie na modelach matematycznych (które są ważne, ale ograniczone), naukowcy mogą teraz badać koncepcje dotyczące wczesnego wszechświata poprzez prawdziwe eksperymenty laboratoryjne.

Z czasem to samo podejście mogłoby zostać rozszerzone na badanie fizyki Wielkiego Wybuchu, symulowanych czarnych dziur i konkurujących teorii na temat natury czasu.

Moja opinia

Szczerze? Ta tematyka napawa mnie absolutnym podekscytowaniem.

Zawsze myśleliśmy o czasie jako o czymś stałym i zewnętrznym — jak o rzece, która płynie niezależnie od tego, czy jesteśmy gotowi, czy nie. Ale to badanie sugeruje, że czas może być bardziej jak rytm, który wyłania się z tańca samej materii.

Przypomina mi to, jak temperatura tak naprawdę nie jest „rzeczą" — jest miarą tego, jak szybko poruszają się atomy. Temperatura wyrasta z ruchu. A teraz wygląda na to, że czas działa podobnie: wyrasta ze zmiany.

To dla mnie piękne. Sugeruje to, że czas nie jest czymś narzuconym wszechświatowi z zewnątrz. To coś, co wszechświat robi sam ze sobą.

I myślę, że to naprawdę wspaniałe.

Źródło: ScienceDaily