Χωρίς την αίσθηση του χρόνου η ζωή μας δεν θα είχε νόημα. Αλλά στο πιο θεμελιώδες επίπεδο, οι φυσικοί δεν είναι σίγουροι αν το είδος του χρόνου που βιώνουμε υπάρχει καθόλου.
Αυτό είναι το θέμα του πρώτου επεισοδίου της νέας σειράς podcast, Great Mysteries of Physics. Με οικοδεσπότη τη Miriam Frankel, επιστημονική συντάκτρια στο The Conversation, και με την υποστήριξη του FQxI, του Ινστιτούτου Θεμελιωδών Ερωτήσεων, μιλούν με τρεις ερευνητές για τη φύση του χρόνου.
Οι επιστήμονες υπέθεσαν επί μακρόν ότι ο χρόνος είναι απόλυτος και καθολικός – ο ίδιος για όλους, παντού, και υπάρχει ανεξάρτητα από εμάς. Εξακολουθεί να αντιμετωπίζεται με αυτόν τον τρόπο στην κβαντομηχανική, η οποία κυβερνά τον μικρόκοσμο των ατόμων και των σωματιδίων. Αλλά οι θεωρίες της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, οι οποίες εφαρμόζονται στη φύση σε μεγάλες κλίμακες, έδειξαν ότι ο χρόνος είναι σχετικός και όχι απόλυτος – μπορεί να επιταχυνθεί ή να επιβραδυνθεί ανάλογα με το πόσο γρήγορα ταξιδεύετε, για παράδειγμα. Ο χρόνος είναι επίσης συνυφασμένος με τον χώρο στον “χωροχρόνο”.
Οι θεωρίες του Αϊνστάιν επέτρεψαν στους επιστήμονες να απεικονίσουν το σύμπαν με έναν νέο τρόπο: ως ένα στατικό τετραδιάστατο μπλοκ, με τρεις χωρικές διαστάσεις (ύψος, πλάτος και βάθος) και τον χρόνο ως τέταρτη. Αυτό το μπλοκ περιέχει ταυτόχρονα όλο το χώρο και το χρόνο – και ο χρόνος δεν ρέει. Δεν υπάρχει ιδιαίτερο τώρα στο μπλοκ – αυτό που φαίνεται να είναι το παρόν για έναν παρατηρητή, είναι απλώς το παρελθόν για έναν άλλο.
Αλλά αν αυτό είναι αλήθεια, τότε γιατί η εμπειρία μας ότι ο χρόνος κινείται από το παρελθόν στο μέλλον είναι τόσο έντονη; Μια απάντηση είναι ότι η εντροπία, ένα μέτρο της αταξίας, αυξάνεται πάντα στο σύμπαν. Όταν υπολογίζετε τους αριθμούς, εξηγεί ο Sean Carroll, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στις ΗΠΑ, αποδεικνύεται ότι το πρώιμο σύμπαν είχε πολύ χαμηλή εντροπία. “[Το σύμπαν] ήταν πολύ, πολύ οργανωμένο και μη τυχαίο και από τότε κατά κάποιο τρόπο χαλαρώνει και γίνεται πιο τυχαίο και πιο ανοργάνωτο”. Αυτό είναι πιθανό να δημιουργήσει ένα βέλος του χρόνου για τους ανθρώπινους παρατηρητές.
Ωστόσο, δεν γνωρίζουμε γιατί το σύμπαν ξεκίνησε με τόσο χαμηλή εντροπία. Ο Carroll προτείνει ότι μπορεί να οφείλεται στο ότι είμαστε μέρος ενός πολυσύμπαντος που περιέχει πολλά διαφορετικά σύμπαντα. Σε έναν τέτοιο κόσμο, ορισμένα σύμπαντα θα έπρεπε, στατιστικά μιλώντας, να ξεκινήσουν με χαμηλή εντροπία.
Η Emily Adlam, φιλόσοφος της φυσικής στο Ινστιτούτο Φιλοσοφίας Rotman του Πανεπιστημίου του Δυτικού Οντάριο στον Καναδά, από την άλλη πλευρά, πιστεύει ότι το μυστήριο του γιατί το σύμπαν μας ξεκίνησε με χαμηλή εντροπία είναι ένα πρόβλημα που τελικά πηγάζει από το γεγονός ότι η φυσική είναι γεμάτη με υποθέσεις σχετικά με τον χρόνο.
“Προσωπικά είμαι πολύ με την πλευρά που λέει ότι ο χρόνος δεν κυλάει”, εξηγεί. “Αυτό είναι ένα είδος ψευδαίσθησης που προέρχεται από τον τρόπο με τον οποίο τυχαίνει να είμαστε ενσωματωμένοι στον κόσμο”. Το προαίσθημά της είναι ότι, στο πιο θεμελιώδες επίπεδο, όλα συμβαίνουν ταυτόχρονα – ακόμη και αν δεν μας φαίνεται έτσι.
Η Adlam υποστηρίζει ότι ο καλύτερος τρόπος για να κατανοήσουμε τον χρόνο θα ήταν να τον αφαιρέσουμε εντελώς από τις θεωρίες μας για τη φύση – να τον αφαιρέσουμε από τις εξισώσεις. Είναι ενδιαφέρον ότι όταν οι φυσικοί προσπαθούν να ενώσουν τη γενική σχετικότητα με την κβαντομηχανική σε μια θεωρία των πάντων, την “κβαντική βαρύτητα”, ο χρόνος συχνά εξαφανίζεται από τις εξισώσεις.
Τα πειράματα θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν να ρίξουν φως στη φύση του χρόνου, βοηθώντας να δοκιμαστούν διάφοροι συνδυασμοί της κβαντομηχανικής και της γενικής σχετικότητας. Η Natalia Ares, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, πιστεύει ότι η μελέτη της θερμοδυναμικής (η επιστήμη της θερμότητας και του έργου) των ρολογιών μπορεί να βοηθήσει. “Κατανοώντας τα ρολόγια ως μηχανές, υπάρχουν πράγματα που μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα σχετικά με το ποια είναι τα όρια της χρονομέτρησης”, υποστηρίζει.