Wyobraź sobie, że czas biegnie wstecz. Ludzie będą młodsi, a nie starsi, a po długim życiu stopniowego odmładzania - zapominając o wszystkim, co wiedzą - umrą jako dzieci. Podobny upływ czasu obserwowaliśmy u bohatera powieści Francisa Fitzgeralda „Tajemnicza historia Benjamina Buttona”. Ale, co zaskakujące, kierunek czasu jest również problemem, przed którym stają kosmologowie.
Dlaczego więc czas zawsze płynie do przodu? Czy zawsze tak będzie?
Czy czas ma początek?
Każda uniwersalna koncepcja czasu musi ostatecznie opierać się na ewolucji samego kosmosu. Kiedy patrzysz na wszechświat, widzisz zdarzenia, które miały miejsce w przeszłości - światło gwiazd potrzebuje czasu, aby do nas dotrzeć. W rzeczywistości nawet najprostsza obserwacja może pomóc nam zrozumieć czas kosmologiczny: na przykład fakt, że nocne niebo jest ciemne. Gdyby wszechświat miał nieskończoną przeszłość i byłby nieskończony pod względem rozmiarów, nocne niebo byłoby absolutnie jasne - wypełnione światłem nieskończonej liczby gwiazd w przestrzeni, które zawsze istniały.
Przez długi czas naukowcy, w tym Albert Einstein, uważali, że wszechświat jest statyczny i nieskończony. Obserwacje od tamtego czasu pokazały, że faktycznie rozszerza się i przyspiesza. Oznacza to, że musi pochodzić z bardziej zwartego stanu, który nazywamy Wielkim Wybuchem, co oznacza, że czas ma początek. W rzeczywistości, jeśli szukamy światła wystarczająco starego, możemy nawet zobaczyć reliktowe promieniowanie z Wielkiego Wybuchu - kosmiczne mikrofalowe tło. Ta świadomość była pierwszym krokiem do określenia wieku wszechświata.
Jest jednak pewien haczyk, specjalna teoria względności Einsteina pokazuje, że czas jest względny: im szybciej poruszasz się względem przyjaciela, tym wolniejszy będzie czas dla ciebie w stosunku do jego postrzegania czasu. Tak więc w naszym wszechświecie rozszerzających się galaktyk, wirujących gwiazd i obracających się planet zmienia się doświadczenie czasu: cała przeszłość, teraźniejszość i przyszłość są względne.
Czy istnieje czas uniwersalny?
Film promocyjny:
Okazuje się, że skoro Wszechświat jest wszędzie taki sam i średnio wygląda tak samo we wszystkich kierunkach, istnieje „czas kosmiczny”. Aby to zmierzyć, wystarczy zmierzyć właściwości kosmicznego mikrofalowego tła. Kosmolodzy wykorzystali to do określenia wieku wszechświata; jego epoka kosmiczna. Okazuje się, że Wszechświat ma 13,799 miliardów lat.
Strzałka czasu
Tak więc wiemy, że czas najprawdopodobniej rozpoczął się podczas Wielkiego Wybuchu. Pozostaje jednak jedno pytanie: czym jest czas?
Aby znaleźć odpowiedź, musimy przyjrzeć się podstawowym właściwościom przestrzeni i czasu. W wymiarze przestrzeni możesz poruszać się tam iz powrotem; pasażerowie doświadczają tego każdego dnia. Ale czas jest inny, ma kierunek, zawsze idziesz do przodu, a nie odwrotnie. Dlaczego więc pomiar czasu jest nieodwracalny? To jeden z głównych nierozwiązanych problemów w fizyce.
Aby wyjaśnić, dlaczego sam czas jest nieodwracalny, musimy znaleźć w przyrodzie procesy, które są również nieodwracalne. Jedną z niewielu takich koncepcji w fizyce (i życiu!) Jest to, że z czasem rzeczy stają się mniej „uporządkowane”. Opisujemy to za pomocą właściwości fizycznej zwanej entropią, która oznacza coś uporządkowanego.
Wyobraź sobie pudełko z gazem, w którym wszystkie cząstki zostały początkowo umieszczone w jednym rogu (stan uporządkowany). Z biegiem czasu będą w naturalny sposób wypełniać całe pudełko (stan nieuporządkowany), a przywrócenie cząstek do uporządkowanego stanu wymaga energii. Jest to nieodwracalne, to jak rozbicie jajka na omlet - raz się rozkłada i wypełnia patelnię, nigdy nie wraca do kształtu jajka. To samo dotyczy wszechświata: w miarę ewolucji wzrasta całkowita entropia.
Okazuje się, że entropia to całkiem dobry sposób na wyjaśnienie strzałki czasu. I chociaż może wydawać się, że wszechświat staje się coraz bardziej uporządkowany, a nie mniej - przemieszczając się z dzikiego morza stosunkowo równomiernie rozłożonego gorącego gazu we wczesnych stadiach do gwiazd, planet, ludzi i przedmiotów na czas - wciąż jest możliwe, że rośnie w nieładzie. Dzieje się tak, ponieważ grawitacja związana z dużymi masami może wciągać materię w pozornie uporządkowane stany - wraz z rosnącym zaburzeniem, które naszym zdaniem powinno nastąpić, jest w jakiś sposób ukryte w polach grawitacyjnych. Więc zaburzenie może rosnąć, nawet jeśli go nie widzimy.
Ale biorąc pod uwagę skłonność natury do nieładu, dlaczego wszechświat powstał w takim uporządkowanym stanie? Nadal jest to uważane za tajemnicę. Niektórzy badacze argumentują, że Wielki Wybuch mógł nawet nie być początkiem, w rzeczywistości mogą istnieć „wszechświaty równoległe”, w których czas płynie w różnych kierunkach.
Czy skończy się czas?
Czas miał początek, ale to, czy będzie miał koniec, zależy od natury ciemnej energii, która powoduje, że rozszerza się w przyspieszającym tempie. Szybkość tej ekspansji może ostatecznie rozerwać wszechświat na strzępy, zmuszając go do zakończenia Wielkiego Rozerwania; alternatywnie, ciemna energia może się rozpaść, odwracając Wielki Wybuch i kończąc Wszechświat w Wielkim Ucisku; albo wszechświat mógłby się rozszerzyć na zawsze.
Ale czy którykolwiek z tych przyszłych scenariuszy zakończy się z czasem? Cóż, zgodnie z dziwnymi regułami mechaniki kwantowej, maleńkie przypadkowe cząstki mogą na chwilę wypaść z próżni - coś nieustannie obserwowanego w eksperymentach fizyki cząstek. Niektórzy twierdzą, że ciemna energia może powodować takie „fluktuacje kwantowe”, tworząc nowy Wielki Wybuch, kończąc naszą oś czasu i rozpoczynając nowy. Chociaż jest to bardzo spekulatywne i wysoce nieprawdopodobne, wiemy, że tylko wtedy, gdy zrozumiemy ciemną energię, poznamy los wszechświata.
Więc jaki jest najbardziej prawdopodobny wynik? Czas pokaże.