Mi Az idő, és Mindig halad-e előre?

Képzeld el, ahogy az idő visszafelé fut. Az emberek ahelyett, hogy megöregednének, megfiatalodnának, és egy hosszú, fokozatos megfiatalodás után – nem tanultak meg mindent, amit tudnak – a szüleik szemében egy csillogás lenne a vége. Ez az idő, ahogyan azt Philip K Dick tudományos-fantasztikus író egy regényében ábrázolja, de meglepő módon az idő iránya is olyan probléma, amellyel a kozmológusok küzdenek.

Miközben természetesnek vesszük, hogy az időnek van egy iránya, a fizikusok nem: a legtöbb természeti törvény „időben megfordítható”, ami azt jelenti, hogy ugyanolyan jól működne, ha az időt visszafelé futásként határoznák meg. Akkor miért halad mindig előre az idő? És mindig így lesz?

Az időnek van kezdete?

Az idő bármely univerzális fogalmának végső soron magának a kozmosznak az evolúcióján kell alapulnia. Amikor felnézel az univerzumra, olyan eseményeket látsz, amelyek a múltban történtek – fényidőbe telik, hogy elérjen minket. Valójában a legegyszerűbb megfigyelés is segíthet megérteni a kozmológiai időt: például az a tény, hogy az éjszakai égbolt sötét. Ha az univerzumnak végtelen múltja lenne, és végtelen kiterjedése lenne, az éjszakai égbolt teljesen fényes lenne – tele lenne a mindig is létező kozmosz végtelen számú csillagának fényével.

A tudósok, köztük Albert Einstein, sokáig úgy gondolták, hogy az univerzum statikus és végtelen. A megfigyelések azóta azt mutatják, hogy valójában növekszik, és egyre gyorsuló ütemben. Ez azt jelenti, hogy egy tömörebb állapotból kell származnia, amit ősrobbanásnak nevezünk, ami arra utal, hogy az időnek van kezdete. Valójában, ha elég régi fényt keresünk, még az Ősrobbanás ereklye sugárzását is láthatjuk – a kozmikus mikrohullámú hátteret. Ennek felismerése volt az első lépés a világegyetem korának meghatározásához (lásd alább).

De van egy bökkenő, Einstein speciális relativitáselmélete, amely azt mutatja, hogy az idő… relatív: minél gyorsabban mozogsz hozzám, annál lassabban telik el az idő az én időérzékelésemhez képest. Tehát a táguló galaxisok, forgó csillagok és örvénylő bolygók univerzumában az idővel kapcsolatos tapasztalatok eltérőek: minden múlt, jelen és jövő relatív.

Tehát létezik olyan egyetemes idő, amelyben mindannyian egyetérthetünk?

Az univerzum idővonala. Tervező Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Kiderült, hogy mivel az univerzum átlagosan mindenhol egyforma, és átlagosan minden irányban ugyanúgy néz ki, létezik „kozmikus idő”. Méréséhez nem kell mást tennünk, mint megmérni a kozmikus mikrohullámú háttér tulajdonságait. A kozmológusok ennek alapján határozták meg a világegyetem korát; kozmikus kora. Kiderült, hogy az univerzum 13,799 milliárd éves.

Az idő nyila

Tehát tudjuk, hogy az idő valószínűleg az Ősrobbanáskor kezdődött. De marad egy kínzó kérdés: mi is pontosan az idő?

A kérdés kibontásához meg kell vizsgálnunk a tér és az idő alapvető tulajdonságait. A tér dimenziójában előre-hátra mozoghat; az ingázók ezt mindennap tapasztalják. De az idő más, iránya van, mindig előre haladsz, soha visszafelé. Akkor miért irreverzibilis az idő dimenziója? Ez a fizika egyik legnagyobb megoldatlan problémája.

Hogy megmagyarázzuk, miért maga az idő visszafordíthatatlan, olyan folyamatokat kell találnunk a természetben, amelyek szintén visszafordíthatatlanok. A kevés ilyen fogalom egyike a fizikában (és az életben!), hogy a dolgok az idő múlásával egyre kevésbé „rendezettek”. Ezt egy entrópiának nevezett fizikai tulajdonság segítségével írjuk le, amely azt kódolja, hogy valami mennyire rendezett.

Képzeljünk el egy gázdobozt, amelyben kezdetben az összes részecskét egy sarokban helyezték el (rendezett állapot). Idővel természetesen meg akarják tölteni az egész dobozt (rendellenes állapot), és a részecskék rendezett állapotba hozása energiát igényel. Ez visszafordíthatatlan. Olyan ez, mint egy tojás feltörésével omlettet készíteni – ha egyszer szétterül, és megtölti a serpenyőt, soha többé nem lesz tojás alakú. Ugyanez a helyzet az univerzummal: ahogy fejlődik, a teljes entrópia növekszik.

Sajnos ez nem fog megtisztulni magától. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Kiderült, hogy az entrópia nagyon jó módja annak, hogy megmagyarázzuk az idő nyilát. És bár úgy tűnhet, hogy az univerzum rendezettebbé válik, nem pedig kevésbé – a kezdeti szakaszában viszonylag egyenletesen elterülő forró gázok vad tengerétől kezdve a csillagokig, bolygókig, emberekig és az időről szóló cikkekig –, ennek ellenére lehetséges, hogy egyre növekszik a rendezetlenség. Ennek az az oka, hogy a nagy tömegekhez kapcsolódó gravitáció az anyagot látszólag rendezett állapotokba vonhatja – és a rendezetlenség növekedése, amelyről úgy gondoljuk, hogy bekövetkezett, valahogyan el van rejtve a gravitációs mezőkben. Tehát a zavar fokozódhat, még ha nem is látjuk.

De tekintettel arra, hogy a természet a rendetlenséget preferálja, miért indult el az univerzum ilyen rendezett állapotban? Ez még mindig rejtélynek számít. Egyes kutatók azzal érvelnek, hogy az Ősrobbanás nem is lehetett a kezdet, valójában létezhetnek „párhuzamos univerzumok”, ahol az idő különböző irányokba fut.

Vége lesz az időnek?

Az időnek volt kezdete, de az, hogy lesz-e vége, a sötét energia természetétől függ, amely gyorsuló ütemű tágulását okozza. Ennek a tágulásnak az üteme végül szétszakíthatja az univerzumot, és arra kényszerítheti, hogy egy Nagy Hasadásban végződjön; vagy a sötét energia lebomolhat, megfordítva az ősrobbanást, és az Univerzumnak egy nagy összeomlásban kell véget vetni; vagy az Univerzum egyszerűen örökre kitágulhat.

De vajon a jövőbeli forgatókönyvek bármelyike ​​véget vetne az időnek? Nos, a kvantummechanika furcsa szabályai szerint apró véletlenszerű részecskék egy pillanatra kipattanhatnak a vákuumból – ez a részecskefizikai kísérletekben folyamatosan látható. Egyesek azzal érvelnek, hogy a sötét energia ilyen „kvantum-ingadozásokat” idézhet elő, amelyek egy új ősrobbanást idézhetnek elő, véget vetve idővonalunknak, és újat kezdhetnek. Bár ez rendkívül spekulatív és nagyon valószínűtlen, azt tudjuk, hogy csak akkor tudjuk meg az univerzum sorsát, ha megértjük a sötét energiát.

Tehát mi a legvalószínűbb eredmény? Csak az idő fogja megmondani.