Dlaczego czas porusza się do przodu

Wyobraź sobie, że czas biegnie w tył. Ludzie stają się młodsi zamiast się starzeć i po długim życiu stopniowego odmładzania – zapominając wszystko co wiedzą – kończą jako błysk w oczach swoich rodziców. Taki czas był przedstawiony w powieści science fiction przez pisarza Philipa K. Dicka, ale, o dziwo, kierunek czasu jest również problemem, z którym zmagają się kosmolodzy.

Podczas gdy my traktujemy jako pewnik, że czas ma określony kierunek, fizycy robią to niekoniecznie: najbardziej naturalne prawa fizyki są niezmiennicze ze względu na odwrócenie czasu, co oznacza, że będą działać tak samo dobrze, jeśli czas zacznie biec wstecz. Dlaczego więc czas zawsze porusza się do przodu? I czy zawsze będzie to robić?

Czy czas ma swój początek?
Wszelkie uniwersalne pojęcie czasu musi ostatecznie być oparte na ewolucji samego kosmosu. Gdy spojrzeć na wszechświat widzisz teraz zdarzenia, które miały miejsce w przeszłości w czasie jaki zajmuje światłu dotarcie do nas. W rzeczywistości, nawet dość prosta obserwacja może pomóc nam zrozumieć czym jest czas kosmologiczny: na przykład fakt, że nocne niebo jest ciemne. Gdyby wszechświat miał istniał od zawsze i był nieskończony, niebo w nocy powinno być zupełnie jasne – pełne światła z nieskończonej liczby gwiazd w kosmosie, które zawsze istniały (czyli światło z nich pochodzące zdążyło już do nas dotrzeć).
Przez długi czas naukowcy, w tym Albert Einstein, pomyślał, że wszechświat jest statyczny i nieskończony. Obserwacje wykazały, że w rzeczywistości wszechświat się rozszerza i to w coraz szybszym tempie. Oznacza to, że musi on pochodzić z bardziej skupionego stanu, który nazywamy Wielkim Wybuchem, i że ​​czas ma swój początek. Faktycznie, jeśli znajdziemy światło, które jest bardzo dawno wyemitowane,  możemy nawet zobaczyć promieniowanie powstałe w Wielkim Wybuchu, czyli mikrofalowe promieniowanie tła. Byłby to pierwszy krok w określaniu wieku wszechświata.

Ale jest haczyk, szczególna teoria względności Einsteina, pokazuje, że czas jest względny: im szybciej przemieszczasz się względem mnie, tym wolniejszy czas biegnie dla ciebie w stosunku do mojego postrzegania czasu. W naszym wszechświecie poruszają się  galaktyki, gwiazdy i wirujące planety – doświadczają one różnego czasu. Wszystko jest bowiem względne nawet przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. Więc jak znaleźć jakiś uniwersalny czas, na który wszyscy moglibyśmy się zgodzić?

Okazuje się, że skoro wszechświat jest średnio wszędzie taki sam i średnio wygląda tak samo w każdym kierunku, istnieje zatem „kosmiczny czas”. Aby go zmierzyć, trzeba zbadać właściwości mikrofalowego promieniowania tła. Kosmolodzy wykorzystali to, aby określić wiek wszechświata. Okazuje się, że wszechświat jest 13.799 miliardów lat.

Czas jest strzałką
Wiemy więc, że czas najprawdopodobniej rozpoczął się podczas Wielkiego Wybuchu. Ale ciągle dokuczliwym pytaniem pozostaje: czym jest właściwie czas?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy spojrzeć na podstawowe właściwości przestrzeni i czasu. W każdym wymiarze przestrzeni można przesuwać się do przodu i do tyłu. Ale czas jest inny, ma kierunek: zawsze trzeba iść do przodu, nigdy w tył. Właściwie dlaczego wymiar czasu jest nieodwracalny? Jest to jeden z głównych nierozwiązanych problemów w fizyce.

Aby wyjaśnić, dlaczego sam czas jest nieodwracalny, musimy znaleźć w przyrodzie procesy, które również są nieodwracalne. Jedną z ciekawych obserwacji potwierdzonych w fizyce i życiu, jest fakt, że rzeczy stają się mniej uporządkowane w miarę upływu czasu. Przedmioty niszczeją i rozsypują się ze starości. Przechodzą ze stanu uporządkowanego do stanu w którym przyjmują formę bezładnej kupki śmieci. Opisujemy to za pomocą właściwości fizycznej zwanej entropią, w której zakodowana jest informacja o uporządkowaniu.

Wyobraźmy sobie pudełko z gazem, w którym wszystkie cząstki były początkowo umieszczone w jednym rogu (stan uporządkowany). Z biegiem czasu cząsteczki będą w naturalny sposób dąży do wypełnienia całego pudła (stan nieuporządkowany) – a umieszczenie cząsteczek z powrotem w rogu, do stanu bardziej uporządkowanego wymaga energii.

To proces nieodwracalny. To tak, jakby rozbić jajko i zrobić omlet – gdy rozprzestrzeni się i wypełni patelnię, nigdy już nie samoistnie nie przybierze  formy jajka. Tak samo jest z wszechświatem: gdy ewoluuje, całkowita entropia (nieuporządkowanie) wzrasta.

Czy czas się skończy?

Lambda-Cold_Dark_Matter,_Accelerated_Expansion_of_the_Universe,_Big_Bang-Inflation

Czas ma początek, ale czy będzie miał koniec zależy od natury ciemnej energii, która powoduje rozszerzanie się Wszechświata w przyspieszonym tempie. Tempo tego rozszerzania może w końcu rozerwać świat.  Alternatywnie ciemna energia może znikać, a Wszechświat zacznie się znowu kurczyć by znowu rozbłysnąć w Wielkim Wybuchu albo Wszechświat będzie rozszerzał się już zawsze.
Ale czy w którykolwiek z tych scenariuszy przyszłości skończy się czas? Cóż, według dziwnych zasad mechaniki kwantowej, małe cząstki mogą na chwilę powstać w próżni (zjawisko stale obserwowane w eksperymentach fizyki cząstek). Niektórzy twierdzą, że ciemna energia może spowodować takie „fluktuacje kwantowe”, dając początek dużej ilości nowych cząstek i w konsekwencji nowemu Wielkiemu Wybuchowi, kończąc naszą linię czasu i rozpoczynając nową. Chociaż jest to bardzo spekulatywne i wysoce nieprawdopodobne, wiemy, że tylko wtedy, gdy zrozumiemy ciemną energię poznamy przyszłe losy wszechświata.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz