A co by było, gdyby część czasu z równania kontinuum czasoprzestrzennego została dosłownie wyeliminowana? Być może jedno z najnowszych badań wskazuje, że czas powoli i stopniowo znika z naszego wszechświata i pewnego dnia całkowicie wyparuje. Radykalna nowa teoria mogłaby wyjaśnić kosmologiczną zagadkę, która od lat oszukuje naukowców.
Naukowcy wcześniej zmierzyli światło odległych eksplodujących gwiazd, aby wykazać, że wszechświat się rozszerza, a tempo tej ekspansji stale rośnie. Naukowcy zasugerowali, że te supernowe rozpadają się szybciej niż starzenie się wszechświata. Fizycy doszli również do wniosku, że jakaś siła antygrawitacyjna musi rozdzielać galaktyki i zaczęli nazywać tę nieznaną siłę „ciemną energią”.
Pomysł, że sam czas może zniknąć za miliardy lat - i wszystko się zatrzyma - zaproponowali w 2009 roku profesorowie Jose Senovilla, Mark Mars i Raul Vera z Uniwersytetu Kraju Basków w Bilbao i Uniwersytetu w Salamance w Hiszpanii. Konsekwencją tego kardynalnego ruchu samego czasu w kierunku końca jest alternatywne wyjaśnienie „ciemnej energii” - tajemniczej siły antygrawitacyjnej, która została zaproponowana w celu wyjaśnienia niektórych zjawisk kosmicznych.
Jednak do dziś nikt nie wie, czym tak naprawdę jest ciemna energia i skąd się bierze. Profesor Senovilla i jego współpracownicy wymyślili niesamowitą alternatywę. Naukowcy zaproponowali całkowite wykluczenie takiej koncepcji, jak ciemna energia i ponowne rozważenie naszych poglądów. Według Senovilli, oszukujemy się, myśląc, że wszechświat się rozszerza, podczas gdy w rzeczywistości czas ten zwalnia. Na co dzień to spowolnienie będzie niezauważalne. Ale jeśli śledzisz postęp Wszechświata przez miliardy lat, to w kosmicznej skali wszystko stanie się oczywiste. Ta zmiana będzie nieskończenie powolna z ludzkiego punktu widzenia, ale z kosmologicznego punktu widzenia, którego moc do badania światła starożytnych słońc, które świeciły miliardy lat temu, można ją łatwo zmierzyć.
Propozycja grupy naukowców, opublikowana w czasopiśmie Physical Review D, wyklucza ciemną energię jako fikcję. Zamiast tego Senovilla wyjaśnia pojawienie się przyspieszenia stopniowym spowalnianiem samego czasu.
Jeśli czas stopniowo zwalnia, „a my naiwnie nadal używamy naszych równań do wyznaczania zmian tempa ekspansji w stosunku do normalnego przebiegu czasu, to prosty model przedstawiony w naszej pracy pokazuje efektywne przyspieszenie tej ekspansji”.
Obecnie astronomowie mogą określić tempo rozszerzania się wszechświata za pomocą tzw. Metody „przesunięcia ku czerwieni”. Technika ta opiera się na zrozumieniu, że gwiazdy, które oddalają się od nas, są bardziej czerwone niż te, które poruszają się w naszym kierunku. Naukowcy poszukują pewnego rodzaju supernowych, które stały się punktem odniesienia w tym zakresie. Jednak dokładność tych pomiarów zakłada niezmienność czasu w całym wszechświecie. Jeśli czas zwalnia, zgodnie z nową teorią, nasz samotny wymiar czasu powoli przekształca się w nowy wymiar przestrzenny. Zatem odległe, starożytne gwiazdy obserwowane przez kosmologów z naszej perspektywy wydają się przyspieszać.
Mimo całego swojego radykalizmu i bezprecedensowości idee te nie pozostają bez wsparcia. Gary Gibbons, kosmolog z University of Cambridge, mówi, że ta koncepcja ma swoje zalety. „Wierzymy, że czas pojawił się w procesie Wielkiego Wybuchu i jeśli czas może się pojawić, to może zniknąć - to jest po prostu odwrotny efekt”.
Czy czas istnieje?
W 2011 roku naukowcy z Bista Research Center w Ptuj w Słowenii zasugerowali, że koncepcja czasu Newtona jako absolutnej wielkości przepływającej przez siebie, a także założenie, że czas jest czwartym wymiarem czasoprzestrzeni, są błędne. Zaproponowali zastąpienie tych pojęć czasu bardziej odpowiednimi dla naszego świata fizycznego: czasem jako ilościowym porządkiem zmian.
W dwóch artykułach opublikowanych w Physics Essays Amrit Sorli, David Fiscalletti i Duchamp Klinard próbowali wyjaśnić, że to, co rozumiemy przez czas, to w rzeczywistości absolutna wielkość fizyczna działająca jako zmienna niezależna (czas, t, często to oś X w układzie współrzędnych pokazująca ewolucję układu fizycznego). Ale, jak zauważają naukowcy, nigdy nie mierzymy t. Mierzymy częstotliwość i prędkość obiektu. Sam czas jest wielkością czysto matematyczną i fizycznie nie istnieje.
Ten punkt widzenia nie oznacza, że czas nie istnieje, ale że czas ma więcej wspólnego z przestrzenią niż z ideą czasu absolutnego. Tak więc, chociaż często zakłada się, że czterowymiarowa czasoprzestrzeń składa się z trzech wymiarów przestrzeni i jednego wymiaru czasu, pogląd naukowców sugeruje, że bardziej poprawne byłoby przedstawienie czasoprzestrzeni w postaci czterech wymiarów przestrzeni. Innymi słowy, wszechświat jest „ponadczasowy”.
„Przestrzeń Minkowskiego to nie trzy wymiary plus czas, ale cztery wymiary” - napisali naukowcy. Pogląd, że czas jest reprezentowany przez byt fizyczny, w którym zachodzi zmiana materialna, zostaje zastąpiony wygodniejszym poglądem, w którym czas jest po prostu porządkiem numerycznym zmian materialnych. Ten pogląd lepiej odpowiada światowi fizycznemu i lepiej wyjaśnia natychmiastowe zjawiska fizyczne: grawitację, interakcje elektrostatyczne, transfer informacji podczas eksperymentu EPR i inne”.
Naukowcy podają przykład tej koncepcji czasu, przedstawiając foton poruszający się między dwoma punktami w przestrzeni. Przestrzeń między nimi składa się wyłącznie z długości Plancka, to znaczy z najmniejszych odległości, jakie foton może pokonać w danym momencie. Kiedy foton przemieszcza się na długości Plancka, jest opisywany jako podróżujący wyłącznie w przestrzeni, a nie w czasie absolutnym. Można uważać, że foton przemieszcza się z punktu 1 do punktu 2, a jego pozycja w punkcie 1 jest „przed” pozycją w punkcie 2, dosłownie, ponieważ liczba 1 występuje przed liczbą 2 w szeregu liczb. Porządek numeryczny nie jest równoważny porządkowi czasowemu, to znaczy cyfra 1 w czasie nie istnieje przed cyfrą 2, tylko numerycznie.
Bez użycia czasu jako czwartego wymiaru czasoprzestrzeni, świat fizyczny mógłby zostać opisany dokładniej. Jak zauważył fizyk Enrico Prati w niedawnych badaniach, dynamika Hamiltona (równania w mechanice klasycznej) jest bardzo jasno zdefiniowana bez pojęcia czasu absolutnego.
Inni naukowcy zauważyli, że matematyczny model czasoprzestrzeni nie odpowiada rzeczywistości fizycznej i zasugerowali użycie ponadczasowego „stanu przestrzeni”, który zapewniłby dokładniejsze ramy. Naukowcy zauważyli również fałszowanie dwóch koncepcji czasu. Na przykład pojęcie czasu jako czwartego wymiaru przestrzeni - jako podstawowego fizycznego pojemnika, w którym odbywa się eksperyment - może zostać sfałszowane przez eksperyment, w którym czas nie istnieje.
Achilles i żółw
Oprócz dokładniejszego opisu natury fizycznej rzeczywistości, pojęcie czasu jako ilościowego porządku zmian może rozwiązać paradoks Achillesa i Żółwia Zenona. W tym paradoksie Achilles próbuje dogonić żółwia w wyścigu. Ale chociaż Achilles może biec 10 razy szybciej niż żółw, nigdy nie dogoni żółwia, ponieważ gdy Achilles przebiega na określoną odległość, żółw pokonuje jedną dziesiątą tego dystansu. Tak więc, ilekroć Achilles dotrze do punktu, w którym znajdował się żółw, nadal będzie nieco przed nim. Chociaż wniosek, że Achilles nigdy nie prześcignie żółwia, jest oczywiście fałszywy, istnieje wiele innych wyjaśnień tego paradoksu.
Paradoks można rozwiązać poprzez przedefiniowanie prędkości, tak aby prędkość obu biegaczy była określona przez numeryczną kolejność ich ruchów, a nie przez ich ruch i kierunek w czasie. Z tego punktu widzenia Achilles i żółw będą poruszać się tylko w przestrzeni, a Achilles zdecydowanie wyprzedzi swojego przeciwnika w przestrzeni, choć nie w czasie absolutnym.
Niektóre z nowszych badań zakwestionowały teorię, że mózg reprezentuje czas jako wewnętrzny „zegar” emitujący tiki neuronalne i zasugerowały, że mózg reprezentuje czas jako rozkład przestrzenny poprzez rejestrację aktywacji różnych węzłów nerwowych. Chociaż postrzegamy zdarzenia jako mające miejsce w przeszłości, teraźniejszości lub w przyszłości, koncepcje te mogą po prostu stanowić część psychologicznych ram, w których doświadczamy materialnych zmian w przestrzeni.
W każdym razie, jeśli tę teorię można rozpatrywać matematycznie (w postaci rozwiązania problemu strzałki czasu), pozostaje jeszcze jedno pytanie bez odpowiedzi: czym jest czas?
Ilya Khel