Beth Yw Amser Ac a Yw Bob Amser Yn Symud Ymlaen?

Dychmygwch amser yn rhedeg am yn ôl. Byddai pobl yn tyfu'n iau yn lle'n hŷn ac, ar ôl bywyd hir o adfywiad graddol - heb ddysgu popeth y maent yn ei wybod - byddent yn dod i ben fel twinkle yn llygaid eu rhieni. Dyna amser fel y'i cynrychiolir mewn nofel gan yr awdur ffuglen wyddonol Philip K Dick ond, yn rhyfeddol, mae cyfeiriad amser hefyd yn fater y mae cosmolegwyr yn mynd i'r afael ag ef.

Er ein bod yn cymryd yn ganiataol bod gan amser gyfeiriad penodol, nid yw ffisegwyr yn ei wneud: mae'r rhan fwyaf o ddeddfau naturiol yn “gwrthdroadwy amser” sy'n golygu y byddent yn gweithio cystal pe bai amser yn cael ei ddiffinio fel rhedeg am yn ôl. Felly pam mae amser bob amser yn symud ymlaen? Ac a fydd bob amser yn gwneud hynny?

Oes gan amser ddechrau?

Rhaid i unrhyw gysyniad cyffredinol o amser fod yn seiliedig yn y pen draw ar esblygiad y cosmos ei hun. Wrth edrych i fyny ar y bydysawd rydych chi'n gweld digwyddiadau a ddigwyddodd yn y gorffennol - mae'n cymryd amser ysgafn i'n cyrraedd. Mewn gwirionedd, gall hyd yn oed yr arsylwi symlaf ein helpu i ddeall amser cosmolegol: er enghraifft y ffaith bod awyr y nos yn dywyll. Pe bai gan y bydysawd orffennol anfeidrol ac anfeidrol ei faint, byddai awyr y nos yn gwbl ddisglair - wedi'i llenwi â golau nifer anfeidrol o sêr mewn cosmos a oedd wedi bodoli erioed.

Am gyfnod hir roedd gwyddonwyr, gan gynnwys Albert Einstein, yn meddwl bod y bydysawd yn statig ac yn ddiderfyn. Ers hynny mae arsylwadau wedi dangos ei fod mewn gwirionedd yn ehangu, ac ar gyfradd gyflymu. Mae hyn yn golygu ei bod yn rhaid ei bod wedi tarddu o gyflwr mwy cryno yr ydym yn ei alw'n Glec Fawr, gan awgrymu bod gan amser ddechrau. Yn wir, os ydym yn chwilio am olau sy'n ddigon hen gallwn hyd yn oed weld y pelydriad crair o Big Bang - y microdon cosmig cefndir. Roedd sylweddoli hyn yn gam cyntaf wrth bennu oedran y bydysawd (gweler isod).

Ond mae yna snag, mae damcaniaeth arbennig Einstein o berthnasedd, yn dangos bod amser yn … gymharol: y cyflymaf y byddwch chi'n symud o'i gymharu â mi, yr arafaf fydd yr amser yn mynd heibio i chi o'i gymharu â'm canfyddiad o amser. Felly yn ein bydysawd o alaethau sy'n ehangu, sêr troellog a phlanedau chwyrlïol, mae profiadau amser yn amrywio: mae gorffennol, presennol a dyfodol popeth yn gymharol.

Felly a oes amser cyffredinol y gallem i gyd gytuno arno?

Llinell amser y bydysawd. Dylunio Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Mae'n ymddangos bod "amser cosmig" yn bodoli oherwydd bod y bydysawd yr un peth ar gyfartaledd ym mhobman, ac ar gyfartaledd yn edrych yr un peth i bob cyfeiriad. Er mwyn ei fesur, y cyfan sy'n rhaid i ni ei wneud yw mesur priodweddau cefndir y microdon cosmig. Mae cosmolegwyr wedi defnyddio hyn i bennu oedran y bydysawd; ei oes cosmig. Mae'n ymddangos bod y bydysawd yn 13.799 biliwn o flynyddoedd oed.

Saeth amser

Felly rydyn ni'n gwybod bod amser wedi dechrau fwy na thebyg yn ystod y Glec Fawr. Ond erys un cwestiwn swnllyd: beth yn union yw amser?

I ddadbacio'r cwestiwn hwn, mae'n rhaid i ni edrych ar briodweddau sylfaenol gofod ac amser. Yn dimensiwn y gofod, gallwch symud ymlaen ac yn ôl; mae cymudwyr yn profi hyn bob dydd. Ond mae amser yn wahanol, mae ganddo gyfeiriad, rydych chi bob amser yn symud ymlaen, byth i'r gwrthwyneb. Felly pam mae dimensiwn amser yn anghildroadwy? Dyma un o'r problemau mawr sydd heb ei datrys mewn ffiseg.

Er mwyn egluro pam mae amser ei hun yn anghildroadwy, mae angen i ni ddod o hyd i brosesau ym myd natur sydd hefyd yn anghildroadwy. Un o’r ychydig gysyniadau o’r fath mewn ffiseg (a bywyd!) yw bod pethau’n tueddu i ddod yn llai “taclus” wrth i amser fynd heibio. Rydym yn disgrifio hyn gan ddefnyddio priodwedd ffisegol o'r enw entropi sy'n amgodio pa mor drefnus yw rhywbeth.

Dychmygwch flwch o nwy lle cafodd yr holl ronynnau eu gosod mewn un gornel i ddechrau (cyflwr trefnus). Dros amser byddent yn naturiol yn ceisio llenwi'r blwch cyfan (cyflwr anhrefnus) - a byddai angen egni i roi'r gronynnau yn ôl i gyflwr trefnus. Mae hyn yn anghildroadwy. Mae fel cracio wy i wneud omled - unwaith iddo ledu a llenwi'r padell ffrio, ni fydd byth yn mynd yn ôl i fod yn siâp wy. Mae'r un peth gyda'r bydysawd: wrth iddo esblygu, mae'r entropi cyffredinol yn cynyddu.

Yn anffodus nid yw hynny'n mynd i lanhau ei hun. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Mae'n troi allan bod entropi yn ffordd eithaf da i esbonio saeth amser. Ac er y gall ymddangos fel pe bai’r bydysawd yn dod yn fwy trefnus yn hytrach na llai – gan fynd o fôr gwyllt o nwy poeth wedi’i wasgaru’n gymharol unffurf yn ei gamau cynnar i sêr, planedau, bodau dynol ac erthyglau am amser – serch hynny, mae’n bosibl ei fod yn cynyddu mewn anhrefn. Mae hynny oherwydd y gall y disgyrchiant sy'n gysylltiedig â masau mawr fod yn tynnu mater i gyflwr sy'n ymddangos yn drefnus - gyda'r cynnydd mewn anhrefn y credwn y mae'n rhaid ei fod wedi digwydd yn cael ei guddio rywsut yn y meysydd disgyrchiant. Felly gallai anhrefn fod yn cynyddu er nad ydym yn ei weld.

Ond o ystyried tueddiad natur i ffafrio anhrefn, pam y dechreuodd y bydysawd mewn cyflwr mor drefnus yn y lle cyntaf? Mae hyn yn dal i gael ei ystyried yn ddirgelwch. Mae rhai ymchwilwyr yn dadlau efallai nad y Glec Fawr oedd y dechrau hyd yn oed, efallai bod yna “fydysawdau cyfochrog” lle mae amser yn rhedeg i wahanol gyfeiriadau.

A fydd amser yn dod i ben?

Roedd gan amser ddechrau ond mae p'un a fydd yn cael diwedd yn dibynnu ar natur yr egni tywyll sy'n achosi iddo ehangu'n gyflym. Efallai y bydd cyfradd yr ehangiad hwn yn rhwygo'r bydysawd yn ddarnau yn y pen draw, gan ei orfodi i ddod i ben mewn Rhwyg Fawr; fel arall gall ynni tywyll ddadfeilio, gan wrthdroi'r Glec Fawr a dod â'r Bydysawd i ben mewn Gwasgfa Fawr; neu efallai y bydd y Bydysawd yn ehangu am byth.

Ond a fyddai unrhyw un o'r senarios hyn yn y dyfodol yn dod ag amser i ben? Wel, yn ôl rheolau rhyfedd mecaneg cwantwm, gall gronynnau bach ar hap ddod allan o wactod am ennyd - rhywbeth a welir yn gyson mewn arbrofion ffiseg gronynnau. Mae rhai wedi dadlau y gallai egni tywyll achosi’r fath “amrywiadau cwantwm” gan arwain at Glec Fawr newydd, gan ddod â’n llinell amser i ben a dechrau un newydd. Er bod hyn yn hynod o hapfasnachol ac yn annhebygol iawn, yr hyn a wyddom yw mai dim ond pan fyddwn yn deall egni tywyll y byddwn yn gwybod tynged y bydysawd.

Felly beth yw'r canlyniad mwyaf tebygol? Dim ond amser a ddengys.