„Czas zapobiega temu, by wszystko działo się w tym samym czasie”. Oświadczenie fizyka Johna Wheelera słusznie podsumowuje, co robi czas, w przeciwieństwie do czegokolwiek innego. Szczególnie wyróżnia się to na tle tego, że polowanie na najbardziej podstawowe składniki rzeczywistości nie przyniosło nam niczego, co mogłoby być związane z czasem. Einsteinowi udało się bardziej niż innym: połączył czas z przestrzenią. Ale jeszcze przed nim było jasne, że prawa fizyki działają tak samo, niezależnie od tego, czy poruszasz się do przodu w czasie, czy do tyłu. A to po prostu nie pasuje do naszego doświadczenia. Czym jest czas? Oto pięć naszych najlepszych dotychczasowych teorii.
Czas … po prostu jest
Zgodnie z ogólną teorią względności, mechanika kwantowa szybko dotarła i ustaliła pojęcie czasu, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Brzęczenie świata kwantowego odpowiada autorytarnemu tykaniu zegara znajdującego się poza jakimkolwiek opisanym układem cząstek. Jednak kwantowo-mechaniczna reprezentacja czasu nie jest przekonująca. Weźmy równanie Wheelera-DeWitta, które opisuje stan kwantowy całego wszechświata. Jeśli ten system jest wszystkim, co wiemy, gdzie byłby tykający zegar kwantowy?
Czas … tylko złudzenie
Fizyk Julian Barbour uważa, że być może trzeba będzie całkowicie zabić czas. Jego zdaniem przestrzeń i czas, połączone ogólną teorią względności Einsteina, muszą zostać rozdzielone. Jego zdaniem jedynym sposobem zdefiniowania przestrzeni jest potraktowanie jej jako geometrycznej zależności między obserwowanymi cząstkami, niezależnie od czasu. Nazywa każdą konfigurację „migawką” istniejącą w „przestrzeni możliwości”. W koncepcji Barbour istnieją tylko te obrazy. Czas nie jest rzeczywisty, a jedynie konsekwencją naszej percepcji - iluzji, która pojawia się dzięki temu, że wszechświat nieustannie zmienia się z jednego obrazu do drugiego.
Film promocyjny:
Czas … jest strzałą entropii
Tylko tutaj schemat Barbour nie dotyka bardziej subtelnej kwestii. Wszystkie nasze prawa fizyczne są symetryczne w czasie, co oznacza, mówiąc matematycznie, wszystko może płynąć zarówno do przodu, jak i do tyłu w czasie. Z jednym wyjątkiem. Druga zasada termodynamiki mówi, że entropia, czyli wielkość nieładu, zawsze rośnie w czasie w poszczególnych zbiorach cząstek i energii. Drugie prawo wyjaśnia na przykład, dlaczego garnek z wodą nie może sam się podgrzać. Wyjątkowa asymetria tego prawa doprowadziła wielu fizyków do przekonania, że skrajnie jednostronny przepływ czasu jest powiązany z entropią. Istnieje również kwantowa wersja tej „entropicznej strzałki czasu” opracowanej przez fizyka Sandu Popescu z Uniwersytetu w Bristolu w Wielkiej Brytanii. Popescu i jego koledzy pokazaliże możemy postrzegać rosnącą entropię jako wynik wzrostu splątania kwantowego.
Czas … w końcu absolutnie prawdziwy
Być może strzała entropii czasu to nie wszystko, mówi Lee Smolin z Perimeter Institute w Waterloo w Kanadzie. Zauważa, że jeśli entropia stale rośnie, to Wszechświat w czasie Wielkiego Wybuchu powinien znajdować się w stanie niskiej entropii (wysokiego rzędu). Ale nie ma wytłumaczenia, dlaczego wszystko ma tak być. To prowadzi nas z powrotem do pytania, dlaczego nasze prawa fizyczne są symetryczne w czasie. Może po prostu mamy złe prawa, mówi Smolin. Wraz z kolegami stara się znaleźć alternatywne fundamentalne prawa, w których osadzony jest kierunek czasu. Jedynym problemem jest to, że jego dziwne podejście prowadzi do tego, że prawa zmieniają się w czasie.
Czas … zasługuje na równość
John Vaccaro z Griffith University w Australii eksperymentuje, aby zrównać czas i przestrzeń. Mechanika kwantowa pozwala cząstce istnieć w jednym miejscu, ale nie w innym. Być może, mówi Vaccaro, pozwala cząstce istnieć w jednym czasie, ale nie w innym, bez potrzeby interakcji, które ją tworzą lub niszczą.
Próba skorygowania równań z myślą o tym nie doprowadziła do niczego, gdyż narusza fundament fizyki - prawo zachowania masy. Ale Vaccaro pokazuje, że spod gruzów tych równań mechanikę kwantową można przywrócić w poprawionej formie. Potrzebujemy tylko eksperymentalnych dowodów na poparcie tego pomysłu. W 2012 roku eksperyment BaBar w SLAC National Accelerator Center w Kalifornii wykazał, że rozpad cząstek mezonu B przebiega różnie w różnych momentach. Być może w pomysłach Vaccaro jest coś więcej.
ILYA KHEL