Kas Yra Laikas Ir Ar Jis Visada Juda į priekį?

Įsivaizduokite, kad laikas bėga atgal. Žmonės jaunėtų, o ne sentų, o po ilgo gyvenimo pamažu atsinaujintų – neišmokę visko, ką žino, – baigtųsi kaip žibėjimas tėvų akyse. Tai laikas, kaip aprašyta mokslinės fantastikos rašytojo Philipo K Dicko romane, tačiau stebėtina, kad laiko kryptis taip pat yra problema, su kuria susiduria kosmologai.

Nors mes laikome savaime suprantamu dalyku, kad laikas turi tam tikrą kryptį, fizikai to nedaro: dauguma gamtos dėsnių yra „laikas grįžtami“, o tai reiškia, kad jie veiktų taip pat gerai, jei laikas būtų apibrėžtas kaip bėgimas atgal. Tai kodėl laikas visada juda į priekį? Ir ar visada taip bus?

Ar laikas turi pradžią?

Bet kokia universali laiko samprata galiausiai turi būti pagrįsta paties kosmoso evoliucija. Kai žiūrite į visatą, matote praeityje įvykusius įvykius – reikia šiek tiek laiko, kad mus pasiektų. Tiesą sakant, net paprasčiausias stebėjimas gali padėti suprasti kosmologinį laiką: pavyzdžiui, tai, kad naktinis dangus tamsus. Jei visata turėtų begalinę praeitį ir būtų begalinio masto, naktinis dangus būtų visiškai šviesus – užpildytas begalinio skaičiaus žvaigždžių šviesa visad egzistavusiame kosmose.

Ilgą laiką mokslininkai, įskaitant Albertą Einšteiną, manė, kad visata yra statiška ir begalinė. Nuo to laiko stebėjimai parodė, kad jis iš tikrųjų plečiasi ir vis spartėja. Tai reiškia, kad jis turėjo kilti iš kompaktiškesnės būsenos, kurią vadiname Didžiuoju sprogimu, o tai reiškia, kad laikas tikrai turi pradžią. Tiesą sakant, jei ieškome pakankamai senos šviesos, galime pamatyti net Didžiojo sprogimo reliktinę spinduliuotę – kosminį mikrobangų foną. Tai buvo pirmasis žingsnis nustatant visatos amžių (žr. toliau).

Tačiau yra kliūtis, specialioji Einšteino reliatyvumo teorija, kuri rodo, kad laikas yra... santykinis: kuo greičiau judėsite mano atžvilgiu, tuo lėčiau praeis laikas, palyginti su mano laiko suvokimu. Taigi mūsų besiplečiančių galaktikų, besisukančių žvaigždžių ir besisukančių planetų visatoje laiko patirtis skiriasi: viskas, kas yra praeitis, dabartis ir ateitis, yra reliatyvu.

Taigi ar yra visuotinis laikas, dėl kurio visi galėtume susitarti?

Visatos laiko juosta. Dizainas Alexas Mittelmannas, Coldcreation / wikimedia, CC BY-SA

Pasirodo, kadangi visata visur yra vidutiniškai vienoda ir vidutiniškai atrodo vienodai visomis kryptimis, egzistuoja „kosminis laikas“. Norėdami jį išmatuoti, tereikia išmatuoti kosminio mikrobangų fono savybes. Kosmologai tai panaudojo nustatydami visatos amžių; jo kosminis amžius. Pasirodo, visata yra 13,799 milijardo metų senumo.

Laiko rodyklė

Taigi žinome, kad laikas greičiausiai prasidėjo Didžiojo sprogimo metu. Tačiau lieka vienas kankinantis klausimas: kas iš tikrųjų yra laikas?

Norėdami išspręsti šį klausimą, turime pažvelgti į pagrindines erdvės ir laiko savybes. Erdvės matmenyje galite judėti pirmyn ir atgal; keleiviai tai patiria kasdien. Bet laikas yra kitoks, jis turi kryptį, visada judi į priekį, o ne atvirkščiai. Taigi kodėl laiko matmuo yra negrįžtamas? Tai viena didžiausių neišspręstų fizikos problemų.

Norėdami paaiškinti, kodėl pats laikas yra negrįžtamas, turime gamtoje rasti procesus, kurie taip pat yra negrįžtami. Viena iš nedaugelio tokių sąvokų fizikoje (ir gyvenime!) yra ta, kad laikui bėgant viskas tampa mažiau „tvarkinga“. Mes tai apibūdiname naudodami fizinę savybę, vadinamą entropija, kuri užkoduoja, kaip kažkas yra tvarkinga.

Įsivaizduokite dujų dėžę, kurioje visos dalelės iš pradžių buvo dedamos į vieną kampą (užsakyta būsena). Laikui bėgant jie natūraliai sieks užpildyti visą dėžę (netvarkinga būsena) – o dalelėms grąžinti į tvarkingą būseną prireiktų energijos. Tai negrįžtama. Tai panašu į kiaušinio įmušimą, norint pagaminti omletą – kai jis išsiskleidžia ir užpildo keptuvę, jis niekada nebegrįš į kiaušinio formos. Taip yra ir su visata: jai vystantis, bendra entropija didėja.

Deja, tai savaime neišsivalys. Alex Dinovitser / wikimedia , CC BY-SA

Pasirodo, entropija yra gana geras būdas paaiškinti laiko rodyklę. Ir nors gali atrodyti, kad visata darosi labiau sutvarkyta, o ne mažesnė – nuo ​​laukinės, palyginti tolygiai pasklidusių karštų dujų jūros ankstyvosiose stadijose pereinant prie žvaigždžių, planetų, žmonių ir straipsnių apie laiką, vis dėlto gali būti, kad jos netvarka didėja. Taip yra todėl, kad gravitacija, susijusi su didelėmis masėmis, gali traukti materiją į iš pažiūros tvarkingas būsenas – didėjant netvarkai, kuri, mūsų manymu, turėjo įvykti kažkaip paslėpta gravitaciniuose laukuose. Taigi sutrikimas gali didėti, net jei mes to nematome.

Tačiau, atsižvelgiant į gamtos polinkį teikti pirmenybę netvarkai, kodėl iš pradžių visata atsirado tokioje tvarkingoje būsenoje? Tai vis dar laikoma paslaptimi. Kai kurie tyrinėtojai teigia, kad Didysis sprogimas galėjo būti net ne pradžia, iš tikrųjų gali būti „lygiagrečių visatų“, kuriose laikas bėga skirtingomis kryptimis.

Ar laikas baigsis?

Laikas turėjo pradžią, bet ar jis turės pabaigą, priklauso nuo tamsiosios energijos, dėl kurios ji vis spartėja, pobūdžio. Šio plėtimosi greitis ilgainiui gali sugriauti visatą, priversdamas ją baigti dideliu plyšimu; kitu atveju tamsioji energija gali sunykti, atšaukdama Didįjį sprogimą ir baigdama Visatą su Didžiuoju krize; arba Visata gali tiesiog plėstis amžinai.

Bet ar kuris nors iš šių ateities scenarijų baigtųsi laikas? Na, o pagal keistas kvantinės mechanikos taisykles mažytės atsitiktinės dalelės gali akimirksniu ištrūkti iš vakuumo – tai nuolat matoma dalelių fizikos eksperimentuose. Kai kurie teigė, kad tamsioji energija gali sukelti tokius „kvantinius svyravimus“, sukeliančius naują Didįjį sprogimą, baigiantį mūsų laiko juostą ir pradedant naują. Nors tai labai spekuliatyvu ir labai mažai tikėtina, mes žinome, kad tik supratę tamsiąją energiją sužinosime visatos likimą.

Taigi koks yra labiausiai tikėtinas rezultatas? Tik laikas parodys.