Λίγες ιδέες στη σύγχρονη επιστήμη άλλαξαν τόσο ριζικά την κατανόησή μας για την πραγματικότητα όσο ο χωροχρόνος — το πλέγμα χώρου και χρόνου που βρίσκεται στον πυρήνα της θεωρίας της σχετικότητας του Albert Einstein.
Συχνά περιγράφεται ως «το ύφασμα της πραγματικότητας». Σε κάποιες εκδοχές, αυτό το ύφασμα παρουσιάζεται ως ένα σταθερό, τετραδιάστατο «block universe» — ένας πλήρης χάρτης όλων των γεγονότων, παρελθόντων, παρόντων και μελλοντικών.
Σε άλλες, είναι ένα δυναμικό πεδίο που καμπυλώνεται υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αλλά τι σημαίνει πραγματικά να λέμε ότι ο χωροχρόνος υπάρχει; Τι είδους πράγμα είναι — δομή, ουσία ή μεταφορά;
Τα ερωτήματα αυτά δεν είναι μόνο φιλοσοφικά. Βρίσκονται στον πυρήνα της ερμηνείας της σύγχρονης φυσικής και επηρεάζουν σιωπηρά το πώς κατανοούμε τη γενική σχετικότητα, πώς φανταζόμαστε το ταξίδι στον χρόνο, τα πολυσύμπαντα και τις απαρχές μας.
Καθοδηγούν τον τρόπο που μιλάμε για την ανάδυση του ίδιου του χωροχρόνου και για ριζοσπαστικές προτάσεις που τον αντιμετωπίζουν ως «μνήμη» του σύμπαντος. Κι όμως, η γλώσσα με την οποία τον περιγράφουμε είναι συχνά ασαφής, μεταφορική και βαθιά ασύμβατη.
Ο αυστροβρετανός φιλόσοφος Ludwig Wittgenstein είχε προειδοποιήσει ότι τα φιλοσοφικά προβλήματα ξεπηδούν όταν «η γλώσσα βγαίνει σε διακοπές». Η φυσική, όπως φαίνεται, μπορεί να είναι χαρακτηριστικό παράδειγμα.
Τον τελευταίο αιώνα, γνώριμες λέξεις όπως «χρόνος», «υπάρχει» και «άχρονος» χρησιμοποιούνται σε τεχνικά συμφραζόμενα χωρίς να εξετάζεται το φορτίο που κουβαλούν από την καθημερινή ομιλία.
Αυτό έχει οδηγήσει σε εκτεταμένη σύγχυση για το τι ακριβώς σημαίνουν αυτοί οι όροι.
Στη φιλοσοφία της φυσικής, ειδικά σε μια θέση γνωστή ως αιωνιοκρατία (eternalism), η λέξη «άχρονος» χρησιμοποιείται κυριολεκτικά. Η αιωνιοκρατία υποστηρίζει ότι ο χρόνος δεν ρέει ούτε περνά — ότι όλα τα γεγονότα σε όλο τον χρόνο είναι εξίσου πραγματικά μέσα σε μια τετραδιάστατη δομή, το «block universe».
Σύμφωνα με αυτή την άποψη, ολόκληρη η ιστορία του σύμπαντος είναι ήδη στρωμένη, άχρονα, στη δομή του χωροχρόνου. Εδώ, «άχρονος» σημαίνει ότι το σύμπαν δεν διαρκεί ούτε εκτυλίσσεται με καμία πραγματική έννοια. Δεν υπάρχει «γίγνεσθαι». Δεν υπάρχει αλλαγή. Υπάρχει μόνο ένα μπλοκ, και όλη η αιωνιότητα υπάρχει αχρόνως μέσα του.
Κι αυτό οδηγεί σε ένα βαθύτερο πρόβλημα. Αν ό,τι συμβαίνει στην αιωνιότητα είναι εξίσου πραγματικό και όλα τα γεγονότα είναι ήδη εκεί, τι σημαίνει στην πράξη ότι ο χωροχρόνος υπάρχει;
Υπάρχει μια δομική διαφορά ανάμεσα στην ύπαρξη και την έκβαση/συμβαίνον. Το ένα αφορά τρόπο ύπαρξης, το άλλο τρόπο συμβάντος.
Φανταστείτε έναν ελέφαντα δίπλα σας. Θα λέγατε: «Αυτός ο ελέφαντας υπάρχει». Θα τον περιγράφατε ως τρισδιάστατο αντικείμενο, αλλά κυρίως ως «τρισδιάστατο αντικείμενο που υπάρχει».
Αντίθετα, σκεφτείτε έναν καθαρά τρισδιάστατο ελέφαντα που αναβοσβήνει στο δωμάτιο για μια στιγμή: μια στιγμιαία τομή στη ζωή ενός υπαρκτού ελέφαντα, που εμφανίζεται και εξαφανίζεται σαν φάντασμα. Αυτός ο ελέφαντας δεν υπάρχει με τη συνηθισμένη έννοια. Συμβαίνει. Εκτυλίσσεται ως γεγονός.
Ένας υπαρκτός ελέφαντας διαρκεί στον χρόνο, και ο χωροχρόνος καταλογογραφεί κάθε στιγμή της ύπαρξής του ως μια τετραδιάστατη «γραμμή κόσμου» — τη διαδρομή ενός αντικειμένου στον χώρο και τον χρόνο καθ’ όλη τη διάρκεια της ύπαρξής του. Ο φανταστικός «συμβαίνων ελέφαντας» είναι απλώς μια χωρική τομή αυτού του «σωλήνα»· ένα τρισδιάστατο στιγμιότυπο.
Εφαρμόστε τώρα αυτή τη διάκριση στον ίδιο τον χωροχρόνο. Τι σημαίνει να λέμε ότι ο τετραδιάστατος χωροχρόνος υπάρχει όπως υπάρχει ο ελέφαντας; Διαρκεί με την ίδια έννοια; Διαθέτει δικά του στιγμιότυπα «τώρα»; Ή μήπως ο χωροχρόνος — το υπόστρωμα όλων των γεγονότων που συμβαίνουν στην αιωνιότητα — είναι απλώς κάτι που συμβαίνει; Είναι απλώς ένα περιγραφικό πλαίσιο για να συσχετίζουμε αυτά τα γεγονότα;
Η αιωνιοκρατία θολώνει αυτή τη διάκριση. Αντιμετωπίζει όλη την αιωνιότητα —δηλαδή όλο τον χωροχρόνο— ως υπαρκτή δομή και θεωρεί τη ροή του χρόνου μια ψευδαίσθηση. Όμως αυτή η ψευδαίσθηση είναι αδύνατη αν όλος ο χωροχρόνος «συμβαίνει» μονομιάς.
Για να ανακτηθεί η εντύπωση ότι ο χρόνος περνά μέσα σε αυτό το σχήμα, ο τετραδιάστατος χωροχρόνος πρέπει να υπάρχει με τρόπο ανάλογο του τρισδιάστατου υπαρκτού ελέφαντα — του οποίου η ύπαρξη περιγράφεται από τον τετραδιάστατο χωροχρόνο.
Ας πάμε ένα βήμα παραπέρα.
Αν υποθέσουμε ότι κάθε γεγονός στην ιστορία του σύμπαντος «υπάρχει» μέσα στο block universe, τότε προκύπτει το ερώτημα: πότε υπάρχει το ίδιο το μπλοκ; Αν δεν εκτυλίσσεται ούτε αλλάζει, υπάρχει άχρονα; Αν ναι, τότε προσθέτουμε ένα ακόμη είδος χρόνου σε κάτι που υποτίθεται πως είναι κυριολεκτικά άχρονο.
Για να βγάλει νόημα αυτό, θα μπορούσε κανείς να κατασκευάσει ένα πενταδιάστατο πλαίσιο, με τρεις διαστάσεις χώρου και δύο χρόνου. Ο δεύτερος χρονικός άξονας θα μας επέτρεπε να πούμε ότι ο τετραδιάστατος χωροχρόνος υπάρχει με τον ίδιο τρόπο που σκεφτόμαστε έναν ελέφαντα να υπάρχει μέσα στις τρεις διαστάσεις του χώρου γύρω μας — τα γεγονότα του οποίου καταλογογραφούμε ως τετραδιάστατο χωροχρόνο.
Εδώ, όμως, βγαίνουμε έξω από την καθιερωμένη φυσική, που περιγράφει τον χωροχρόνο μόνο σε τέσσερις διαστάσεις. Κι αυτό αναδεικνύει ένα βαθύ πρόβλημα: δεν διαθέτουμε συνεκτικό τρόπο να μιλήσουμε για το τι σημαίνει ότι ο χωροχρόνος υπάρχει, χωρίς άθελά μας να «ξαναφέρνουμε» τον χρόνο μέσα από μια πρόσθετη διάσταση που δεν ανήκει στη φυσική.
Είναι σαν να προσπαθείς να περιγράψεις ένα τραγούδι που «υπάρχει» ολόκληρο ταυτόχρονα, χωρίς να εκτελείται, να ακούγεται ή να ξετυλίγεται.
Η σύγχυση αυτή επηρεάζει και τον τρόπο που φανταζόμαστε τον χρόνο στη μυθοπλασία και την ποπ επιστήμη.
Στην ταινία του 1984 του James Cameron, The Terminator, όλα τα γεγονότα αντιμετωπίζονται ως δεδομένα. Το ταξίδι στον χρόνο είναι δυνατό, αλλά η χρονογραμμή δεν αλλάζει. Όλα υπάρχουν ήδη σε μια σταθερή, άχρονη κατάσταση.
Στην τέταρτη ταινία των Avengers, Avengers: Endgame (2019), το ταξίδι στον χρόνο επιτρέπει στους χαρακτήρες να μεταβάλουν παρελθόντα γεγονότα και να αναδιαμορφώσουν τη χρονογραμμή, υπονοώντας ένα block universe που και υπάρχει και αλλάζει.
Τέτοια αλλαγή μπορεί να συμβεί μόνο αν η τετραδιάστατη χρονογραμμή υπάρχει με τον ίδιο τρόπο που υπάρχει ο τρισδιάστατος κόσμος μας.
Είτε είναι εφικτή είτε όχι, και τα δύο σενάρια προϋποθέτουν ότι το παρελθόν και το μέλλον είναι εκεί και περιμένουν να ταξιδέψουμε σε αυτά. Όμως κανένα δεν εξετάζει τι είδους ύπαρξη προϋποθέτει αυτό ή πώς ο χωροχρόνος διαφέρει από έναν χάρτη γεγονότων.
Όταν οι φυσικοί λένε ότι ο χωροχρόνος «υπάρχει», συχνά κινούνται σε ένα πλαίσιο που έχει σιωπηρά θολώσει τη διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στην ύπαρξη και το συμβαίνον. Το αποτέλεσμα είναι ένα μεταφυσικό μοντέλο που, στην καλύτερη περίπτωση, στερείται σαφήνειας και, στη χειρότερη, συσκοτίζει τη φύση της πραγματικότητας.
Τίποτα από αυτά δεν απειλεί τα μαθηματικά της σχετικότητας ή την εμπειρική επιστήμη που τα επιβεβαιώνει. Οι εξισώσεις του Einstein λειτουργούν. Αλλά το πώς τις ερμηνεύουμε έχει σημασία, ιδίως όταν καθορίζει τον τρόπο που μιλάμε για την πραγματικότητα και προσεγγίζουμε βαθύτερα προβλήματα της φυσικής.
Σε αυτά περιλαμβάνονται οι προσπάθειες συμφιλίωσης της γενικής σχετικότητας με την κβαντική θεωρία — ένα ζητούμενο που εξερευνάται τόσο στη φιλοσοφία όσο και στη δημοφιλή επιστημονική συζήτηση.
Ο ορισμός του χωροχρόνου δεν είναι μόνο τεχνικό ζήτημα — αφορά το τι είδους κόσμο θεωρούμε ότι κατοικούμε.
Υλικό από The Conversation. Συγγραφέας: Daryl Janzen, Observatory Manager and Instructor, Astronomy, University of Saskatchewan. Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να έχει υποστεί επιμέλεια για λόγους ύφους και έκτασης.
Μυστηριώδες κοσμικό σήμα μπορεί να είναι η πρώτη πραγματική ένδειξη για πρωτογενείς μαύρες τρύπες
Ανακάλυψη του Yale ανατρέπει μακροχρόνια θεωρία περί «εξελικτικού αδιεξόδου»
Ένα σύμπαν χωρίς σκοτεινή ενέργεια; Μαθηματικοί αμφισβητούν την τυπική κοσμολογία
Η έκπληξη του κομπούχα: Ένα συστατικό αλλάζει δραστικά τη χημεία και τις πιθανές επιδράσεις στην υγεία
