वेळ म्हणजे काय आणि तो नेहमी पुढे जातो का?

कल्पना करा की काळ मागे धावत आहे. लोक वयस्कर होण्याऐवजी तरुण होतील आणि हळूहळू नवजीवनाच्या दीर्घ आयुष्यानंतर - त्यांना माहित असलेल्या सर्व गोष्टी सोडून - ते त्यांच्या पालकांच्या डोळ्यात एक चमक म्हणून संपतील. विज्ञान कथा लेखक फिलिप के डिक यांच्या कादंबरीत दर्शविल्याप्रमाणे हा काळ आहे परंतु आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, वेळेची दिशा ही देखील एक समस्या आहे ज्याचा सामना विश्वशास्त्रज्ञ करत आहेत.

आपण वेळेला एक दिशा असते हे गृहीत धरतो, परंतु भौतिकशास्त्रज्ञ तसे मानत नाहीत: बहुतेक नैसर्गिक नियम "काळ उलट करता येण्यासारखे" असतात, म्हणजेच जर काळाची व्याख्या मागे धावत असेल तर ते तितकेच चांगले काम करतील. मग वेळ नेहमीच पुढे का जातो? आणि तो नेहमीच पुढे जाईल का?

काळाची सुरुवात असते का?

काळाची कोणतीही सार्वत्रिक संकल्पना शेवटी विश्वाच्या उत्क्रांतीवर आधारित असली पाहिजे. जेव्हा तुम्ही विश्वाकडे पाहता तेव्हा तुम्हाला भूतकाळात घडलेल्या घटना दिसतात - प्रकाश आपल्यापर्यंत पोहोचण्यासाठी वेळ लागतो. खरं तर, अगदी सोप्या निरीक्षणामुळेही आपल्याला विश्वशास्त्रीय काळ समजण्यास मदत होऊ शकते: उदाहरणार्थ रात्रीचे आकाश अंधारमय आहे हे तथ्य. जर विश्वाचा भूतकाळ अनंत असता आणि तो अमर्याद प्रमाणात असता, तर रात्रीचे आकाश पूर्णपणे तेजस्वी असते - नेहमी अस्तित्वात असलेल्या विश्वातील असंख्य ताऱ्यांच्या प्रकाशाने भरलेले असते.

अल्बर्ट आइन्स्टाईनसह अनेक शास्त्रज्ञांना बराच काळ असे वाटत होते की विश्व स्थिर आणि अनंत आहे. त्यानंतरच्या निरीक्षणांमधून असे दिसून आले आहे की ते प्रत्यक्षात विस्तारत आहे आणि वेगाने वाढत आहे. याचा अर्थ असा की ते एका अधिक संक्षिप्त अवस्थेतून उद्भवले असावे ज्याला आपण महास्फोट म्हणतो, याचा अर्थ असा की काळाची सुरुवात आहे. खरं तर, जर आपण पुरेसा जुना प्रकाश शोधला तर आपल्याला महास्फोटातून येणारे अवशेष - वैश्विक सूक्ष्म पार्श्वभूमी - देखील दिसू शकते. हे लक्षात घेणे हे विश्वाचे वय निश्चित करण्यासाठी पहिले पाऊल होते (खाली पहा).

पण एक अडचण आहे, आइन्स्टाईनचा विशेष सापेक्षता सिद्धांत दर्शवितो की वेळ ... सापेक्ष आहे: तुम्ही माझ्या सापेक्ष जितक्या वेगाने हालचाल कराल तितकाच माझ्या काळाच्या आकलनाच्या सापेक्षतेनुसार तुमच्यासाठी वेळ कमी होईल. म्हणून विस्तारणाऱ्या आकाशगंगा, फिरणारे तारे आणि फिरणारे ग्रह यांच्या आपल्या विश्वात, काळाचे अनुभव वेगवेगळे असतात: प्रत्येक गोष्ट भूतकाळ, वर्तमान आणि भविष्यकाळ सापेक्ष असते.

तर असा काही सार्वत्रिक काळ आहे का ज्यावर आपण सर्वजण सहमत होऊ शकतो?

विश्वाची कालरेषा. डिझाइन अॅलेक्स मिटेलमन, कोल्डक्रिएशन/विकिमीडिया, सीसी बाय-एसए

असे दिसून आले की विश्व सरासरी सर्वत्र सारखेच आहे आणि सरासरी प्रत्येक दिशेने सारखेच दिसते, म्हणून एक "वैश्विक काळ" अस्तित्वात आहे. ते मोजण्यासाठी, आपल्याला फक्त वैश्विक सूक्ष्म पार्श्वभूमीचे गुणधर्म मोजावे लागतील. विश्वशास्त्रज्ञांनी विश्वाचे वय; त्याचे वैश्विक वय निश्चित करण्यासाठी याचा वापर केला आहे. असे दिसून आले की विश्व १३.७९९ अब्ज वर्षे जुने आहे.

काळाचा बाण

म्हणजे आपल्याला माहित आहे की काळाची सुरुवात बहुधा महास्फोटादरम्यान झाली असावी. पण एक प्रश्न अजूनही कायम आहे: वेळ म्हणजे नेमके काय?

हा प्रश्न उलगडण्यासाठी, आपल्याला अवकाश आणि काळाच्या मूलभूत गुणधर्मांकडे लक्ष द्यावे लागेल. अवकाशाच्या परिमाणात, तुम्ही पुढे आणि मागे जाऊ शकता; प्रवाशांना हे दररोज अनुभवायला मिळते. पण काळ वेगळा असतो, त्याची एक दिशा असते, तुम्ही नेहमीच पुढे जाता, कधीही उलटे नाही. तर काळाचे परिमाण अपरिवर्तनीय का आहे? भौतिकशास्त्रातील ही एक प्रमुख न सुटलेली समस्या आहे.

वेळ स्वतःच अपरिवर्तनीय का आहे हे स्पष्ट करण्यासाठी, आपल्याला निसर्गातील अशा प्रक्रिया शोधण्याची आवश्यकता आहे ज्या अपरिवर्तनीय देखील आहेत. भौतिकशास्त्रातील (आणि जीवनातील!) अशा काही संकल्पनांपैकी एक म्हणजे वेळ निघून गेल्याने गोष्टी कमी "व्यवस्थित" होतात. आपण हे एन्ट्रॉपी नावाच्या भौतिक गुणधर्माचा वापर करून वर्णन करतो जो एखादी गोष्ट कशी क्रमाने आहे हे एन्कोड करतो.

कल्पना करा एका वायूच्या पेटीत ज्यामध्ये सर्व कण सुरुवातीला एका कोपऱ्यात (क्रमबद्ध स्थितीत) ठेवलेले होते. कालांतराने ते नैसर्गिकरित्या संपूर्ण पेटी (अव्यवस्थित स्थितीत) भरण्याचा प्रयत्न करतील - आणि कणांना पुन्हा क्रमबद्ध स्थितीत आणण्यासाठी ऊर्जा लागेल. हे अपरिवर्तनीय आहे. हे अंडे फोडून ऑम्लेट बनवण्यासारखे आहे - एकदा ते पसरले आणि तळण्याचे पॅन भरले की ते पुन्हा कधीही अंड्याच्या आकाराचे होणार नाही. विश्वाच्या बाबतीतही असेच आहे: ते जसजसे विकसित होते तसतसे एकूण एन्ट्रॉपी वाढते.

दुर्दैवाने ते स्वतःहून साफ ​​होणार नाही. अ‍ॅलेक्स डायनोविट्सर/विकिमीडिया , सीसी बाय-एसए

काळाच्या बाणाचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी एन्ट्रॉपी हा एक चांगला मार्ग आहे असे दिसून आले. आणि जरी असे वाटत असले तरी विश्व कमी होण्याऐवजी अधिक व्यवस्थित होत चालले आहे - सुरुवातीच्या काळात तुलनेने एकसारखे पसरलेल्या गरम वायूच्या जंगली समुद्रापासून तारे, ग्रह, मानव आणि काळाबद्दलच्या लेखांपर्यंत - तरीही ते अव्यवस्थात वाढत असण्याची शक्यता आहे. कारण मोठ्या वस्तुमानांशी संबंधित गुरुत्वाकर्षण कदाचित पदार्थांना सुव्यवस्थित स्थितीत खेचत असेल - आपल्याला वाटते की अव्यवस्था वाढली असेल तर ती गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात कुठेतरी लपलेली असेल. म्हणून आपल्याला दिसत नसली तरी अव्यवस्था वाढत असू शकते.

परंतु निसर्गाची अव्यवस्था पसंत करण्याची प्रवृत्ती पाहता, विश्वाची सुरुवात सुरुवातीला इतक्या सुव्यवस्थित स्थितीत का झाली? हे अजूनही एक गूढ मानले जाते. काही संशोधकांचा असा युक्तिवाद आहे की बिग बँग ही सुरुवात नसली तरी प्रत्यक्षात "समांतर विश्वे" असू शकतात जिथे वेळ वेगवेगळ्या दिशेने चालतो.

वेळ संपेल का?

काळाची सुरुवात होती पण त्याचा शेवट होईल की नाही हे त्या काळातील गडद उर्जेच्या स्वरूपावर अवलंबून आहे ज्यामुळे तो वेगाने विस्तारत आहे. या विस्ताराचा दर अखेर विश्वाचे तुकडे करू शकतो, ज्यामुळे तो एका मोठ्या झटक्यात संपू शकतो; पर्यायी म्हणजे गडद उर्जेचा क्षय होऊ शकतो, ज्यामुळे महास्फोट उलटू शकतो आणि विश्वाचा एका मोठ्या झटक्यात अंत होऊ शकतो; किंवा विश्व कायमचे विस्तारू शकते.

पण भविष्यातील यापैकी कोणत्याही परिस्थितीमुळे काळ संपेल का? क्वांटम मेकॅनिक्सच्या विचित्र नियमांनुसार, लहान यादृच्छिक कण क्षणार्धात व्हॅक्यूममधून बाहेर येऊ शकतात - जे कण भौतिकशास्त्राच्या प्रयोगांमध्ये सतत दिसून येते. काहींनी असा युक्तिवाद केला आहे की गडद ऊर्जा अशा "क्वांटम चढउतारांना" कारणीभूत ठरू शकते ज्यामुळे एक नवीन महास्फोट होऊ शकतो, आपली कालरेषा संपते आणि एक नवीन सुरू होते. जरी हे अत्यंत काल्पनिक आणि अत्यंत अशक्य असले तरी, आपल्याला हे माहित आहे की जेव्हा आपण गडद ऊर्जा समजून घेतो तेव्हाच आपल्याला विश्वाचे भवितव्य कळेल.

तर मग सर्वात जास्त निकाल काय लागेल? फक्त वेळच सांगेल.