Какво е времето и винаги ли се движи напред?

Представете си, че времето тече назад. Хората щяха да стават все по-млади, вместо да стареят, и след дълъг живот на постепенно подмладяване – отказвайки се от всичко, което знаят – щяха да свършат като блясък в очите на родителите си. Това е времето, както е представено в романа на писателя на научна фантастика Филип К. Дик, но, изненадващо, посоката на времето също е проблем, с който космолозите се борят.

Докато приемаме за даденост, че времето има определена посока, физиците не го правят: повечето природни закони са „обратими във времето“, което означава, че биха работили също толкова добре, ако времето се дефинира като течащо назад. Така че защо времето винаги върви напред? И винаги ли ще е така?

Времето има ли начало?

Всяка универсална концепция за времето трябва в крайна сметка да се основава на еволюцията на самия космос. Когато погледнете нагоре към Вселената, виждате събития, които са се случили в миналото – отнема светло време, за да достигне до нас. Всъщност дори най-простото наблюдение може да ни помогне да разберем космологичното време: например фактът, че нощното небе е тъмно. Ако Вселената имаше безкрайно минало и беше безкрайна по размер, нощното небе щеше да е напълно ярко – изпълнено със светлината от безкраен брой звезди в космоса, който винаги е съществувал.

Дълго време учените, включително Алберт Айнщайн, смятаха, че Вселената е статична и безкрайна. Оттогава наблюденията показват, че той всъщност се разширява и то с ускоряваща се скорост. Това означава, че трябва да е произлязло от по-компактно състояние, което наричаме Големия взрив, което означава, че времето наистина има начало. Всъщност, ако търсим светлина, която е достатъчно стара, можем дори да видим реликтовото лъчение от Големия взрив – космическият микровълнов фон. Осъзнаването на това е първата стъпка в определянето на възрастта на Вселената (виж по-долу).

Но има пречка, специалната теория на относителността на Айнщайн показва, че времето е... относително: колкото по-бързо се движите спрямо мен, толкова по-бавно ще тече времето за вас спрямо моето възприятие за време. Така че в нашата вселена от разширяващи се галактики, въртящи се звезди и въртящи се планети, преживяванията на времето са различни: всичко минало, настояще и бъдеще е относително.

И така, има ли универсално време, за което всички можем да се съгласим?

Времевата линия на Вселената. Дизайн Алекс Мителман, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Оказва се, че тъй като Вселената е средно еднаква навсякъде и средно изглежда еднакво във всяка посока, наистина съществува „космическо време“. За да го измерим, всичко, което трябва да направим, е да измерим свойствата на космическия микровълнов фон. Космолозите са използвали това, за да определят възрастта на Вселената; неговата космическа възраст. Оказва се, че Вселената е на 13,799 милиарда години.

Стрелата на времето

Така че знаем, че времето най-вероятно е започнало по време на Големия взрив. Но има един мъчителен въпрос, който остава: какво точно е времето?

За да разгадаем този въпрос, трябва да разгледаме основните свойства на пространството и времето. В измерението на пространството можете да се движите напред и назад; пътуващите изживяват това всеки ден. Но времето е различно, то има посока, винаги вървиш напред, никога назад. Така че защо измерението на времето е необратимо? Това е един от основните нерешени проблеми във физиката.

За да обясним защо самото време е необратимо, трябва да открием процеси в природата, които също са необратими. Една от малкото такива концепции във физиката (и живота!) е, че нещата стават по-малко „подредени“ с течение на времето. Ние описваме това с помощта на физическо свойство, наречено ентропия, което кодира колко подредено е нещо.

Представете си кутия с газ, в която всички частици първоначално са поставени в един ъгъл (подредено състояние). С течение на времето те естествено ще се стремят да запълнят цялата кутия (неподредено състояние) – и за да върнат частиците обратно в подредено състояние, ще е необходима енергия. Това е необратимо. Това е като да счупите яйце, за да направите омлет – след като се разтече и изпълни тигана, никога повече няма да се върне във формата на яйце. Същото е и с Вселената: докато се развива, общата ентропия се увеличава.

За съжаление това няма да се изчисти от само себе си. Алекс Диновицер/wikimedia , CC BY-SA

Оказва се, че ентропията е доста добър начин да се обясни стрелата на времето. И макар да изглежда, че Вселената става по-скоро подредена, отколкото по-малко – преминавайки от диво море от относително равномерно разпръснат горещ газ в ранните си етапи до звезди, планети, хора и статии за времето – въпреки това е възможно тя да нараства в безпорядък. Това е така, защото гравитацията, свързана с големи маси, може да дърпа материята в привидно подредени състояния – с нарастването на безпорядъка, което смятаме, че трябва да се е случило, е някак си скрито в гравитационните полета. Така че разстройството може да се увеличава, въпреки че не го виждаме.

Но като се има предвид склонността на природата да предпочита безпорядъка, защо вселената е започнала в такова подредено състояние на първо място? Това все още се счита за мистерия. Някои изследователи твърдят, че Големият взрив може дори да не е бил началото, а всъщност може да има „паралелни вселени“, където времето тече в различни посоки.

Ще свърши ли времето?

Времето имаше начало, но дали ще има край зависи от естеството на тъмната енергия, която го кара да се разширява с ускоряваща се скорост. Скоростта на това разширяване може в крайна сметка да разкъса вселената, принуждавайки я да завърши с голям разрив; алтернативно тъмната енергия може да се разпадне, обръщайки Големия взрив и завършвайки Вселената в Голяма криза; или Вселената може просто да се разшири завинаги.

Но дали някой от тези бъдещи сценарии ще свърши времето? Е, според странните правила на квантовата механика, малки случайни частици могат моментално да изскочат от вакуум – нещо, което се наблюдава постоянно в експериментите по физика на елементарните частици. Някои твърдят, че тъмната енергия може да причини такива „квантови флуктуации“, водещи до нов Голям взрив, завършващ нашата времева линия и започващ нова. Въпреки че това е изключително спекулативно и много малко вероятно, това, което знаем е, че само когато разберем тъмната енергия, ще разберем съдбата на Вселената.

И така, какъв е най-вероятният резултат? Само времето ще покаже.