Ajan outous: Miksi kellään ei oikeastaan ole hajujaan, mitä aika on?

Okei, ystävät, pysykää kyydissä. Käytin aivan liikaa aikaa lukemalla ajasta, ja minun täytyy jakaa tämä teille, koska tämä on todella ihmeellistä.

Tiedätte sen tyydyttävän kellojen tik-tak-äänet? Sen tunteen, että aika on vain... olemassa, etenee eteenpäin huolimatta mistään? No, osoittautuu, että se saattaa olla valhe. Tai ainakin yksinkertaistus. Ja rehellisesti, minä joka kerran käytin kolme tuntia yrittäen ymmärtää kvanttimekaniikkaa ja päädyin vain tuijottamaan seinää, tunnen itseni juuri nyt oikeutetuksi.

Suuri fysiikan draama

Näin se menee: kaksi menestyksekkäintä fysiikan teorioista eivät tule toimeen keskenään. Yleinen suhteellisuusteoria (Einsteinin lemmikki) kuvaa painovoimaa ja makro­universumia — tähtiä, mustia aukkoja, koko settiä. Kvanttimekaniikka taas käsittelee atomien ja hiukkasten pikkuruista maailmaa. Molemmat toimivat kauniisti omillaan. Mutta laita ne yhteen? Fysiikka nostaa kätensä ja sanoo "selvitä itse."

Ongelma? Aika käyttäytyy täysin eri tavalla kummassakin teoriassa.

Einsteinin maailmassa aika on kudottu itse avaruuteen — se on dynaaminen ulottuvuus, joka vääristyy massan ja energian vaikutuksesta. Viihdy lähellä massiivista kohdetta, ja aika hidastuu sinulle (anteeksi, tämä ei ole tekosyy ohittaa deadlinea). Aika on suhteellista, joustavaa ja syvällä yhteydessä universumin kudelmaan.

Mutta kvanttimekaniikassa? Aika on vain... siellä. Se on kiinteä tausta. Parametri. Se ei muutu sen mukaan, mitä lähistöllä tapahtuu. Se on pohjimmiltaan se tylsä, luotettava metrinomi, johon kvanttiprosessit tapahtuvat tapahtuvan, eikä jotain, johon ne ovat vuorovaikutuksessa.

Kuinka sovitatte nämä kaksi asiaa yhteen? Varoitus: ette sovita. Ei vielä ainakaan.

Yhtälö, joka unohti ajan

Vuonna 1967 kaksi amerikkalaista fyysikkoa — John Wheeler ja Bryce DeWitt — yrittivät yhdistää nämä teoriat. He kehittivät niin sanotun Wheeler-DeWittin yhtälön, ja tässä tulee hullu osa: siinä ei ole lainkaan aikamuuttujaa.

Nolla. Ei mitään. Ei yhtään mitään.

Yhtälö kuvaa pohjimmiltaan universumia, joka... ei muutu ajan kuluessa. Mikä on tietysti pieni ongelma, kun yrität kuvata universumia, joka selvästi muuttuu ajan kuluessa. Tämä paradoksi sai nimekseen "ajan ongelma", ja se on kummitellut teoreettisia fyysikoita siitä lähtien.

John Wheeler itse (se kaveri, joka keksi termin "musta aukko", ei mikään pikkujuttu) sanoi vuoden 1996 haastattelussa, että heillä oli yhtälö, mutta he eivät oikeasti tienneet, mitä se tarkoitti tai miten sen piti tulkita. Ja rehellisesti? Tuon tasoinen älyllinen rehellisyys on sekä turhauttavaa että virkistävää. "Emme ole vieläkään saaneet täyttä oivallusta siitä, mitä ratkaisut tarkoittavat", hän myönsi. "On outoa, että теореettisen fysiikan kaksi suurinta kehitysaskelta kestävät niin kauan yhdistyäkseen."

Joo, John. Todellakin on.

Sisään astuu geometrinen kello

Nyt tulee se osa, joka on todella mielenkiintoinen. Brasilialainen fyysikko Anderson Gama Fernandes de Freitas julkaisi hiljattain artikkelin, joka ehdottaa jotain kiehtovaa. Hänen mukaansa aika saattaa olla sisäisesti sidoksissa avaruuden geometriaan — ja hän kutsuu käsitettään "geometriseksi kelloksi".

Yritän selittää tämän niin, ettei aivonne särky liikaa (omat aivoni elävät vielä toipumassa).

Kuvittele, että avaruudella on muoto, kaarevuus. Kun avaruus on voimakkaasti kaareva — kuten alkuräjähdyksen jälkeisissä intensiivisissä olosuhteissa — aika tikittää juuri niin kuin oletamme. Kaikki toimii normaalisti. Mutta kun universumi laajenee ja litistyy (mikä tapahtuu juuri nyt, muuten), tämä geometrinen kello alkaa... hidastaa käyntiään.

Ei pysähdy heti. Vain menettää vähitellen merkityksensä.

Teorian mukaan aika ei ole rikki tai väärennös tasaisilla avaruuden alueilla. Se on vain niin, että "ajan" käsite itsessään muuttuu vähemmän hyödylliseksi, vähemmän merkitykselliseksi. Se matemaattinen viitekehys, jonka avulla järjestämme tapahtumia, alkaa hajota.

Miksi tällä on oikeasti väliä

Tässä on se, mikä saa minut innostumaan: tämä ei ole pelkkää filosofista höpinää. Tämä teoria esittää todellisia ennusteita, joita voidaan testata. Olemme siirtäneet kysymyksen "mitä aika on?" puhtaasta filosofiasta tieteen alueelle, jossa voimme todella tarkistaa asioita.

Onko se todistettu? Ei suinkaan. Teoriaa on toistaiseksi testattu vain yksinkertaistetuilla malleilla. Mutta se on askel — todellinen, konkreettinen askel — kohti yhtä fysiikan perustavanlaatuisimmista mysteereistä.

Ja rehellisesti sanottuna: rakastan, että kysymme vielä näitä kysymyksiä. Yritämme yhä selvittää, onko aika jotain, mitä universumilla on, vai jotain, mitä universumi tekee. Onko se todellisuuden perusominaisuus vai vain hyödyllinen tarina, jonka kerromme itsellemme muutoksen ymmärtämiseksi.

Universumi ei välitä, ymmärrämmekö sen. Se tekee omaa juttuaan huolimatta. Mutta on syvästi inhimillistä ja kaunista, että jatkamme näiden mahdottomien puzzleleiden ratkaisemista vuosisadasta toiseen.

Joten kun seuraavan kerran valitat, ettei sinulla ole tarpeeksi tunteja päivässä, muista vain: sijainnistasi universumissa ja sitä ympäröivän avaruuden muodosta riippuen "tunnit" eivät ehkä ole edes mielekäs käsite.

Ei paineita deadlinen suhteen, kuitenkin. Aika varmaankin toimii siellä ihan normaalisti.

Lähde: Popular Mechanics