Hva Er Tid Og Beveger Den Seg Alltid fremover?

Tenk deg at tiden løper baklengs. Folk ville blitt yngre i stedet for eldre, og etter et langt liv med gradvis foryngelse – ved å ha avlært alt de vet – ville de ende som et glimt i foreldrenes øyne. Det er tiden som representert i en roman av science fiction-forfatteren Philip K Dick, men overraskende nok er tidens retning også et problem som kosmologer sliter med.

Selv om vi tar for gitt at tiden har en gitt retning, har ikke fysikere det: de fleste naturlover er "tidsreversible", noe som betyr at de ville fungere like bra hvis tiden ble definert som å løpe bakover. Så hvorfor går tiden alltid fremover? Og vil den alltid gjøre det?

Har tiden en begynnelse?

Ethvert universelt tidsbegrep må til syvende og sist være basert på utviklingen av selve kosmos. Når du ser opp på universet, ser du hendelser som har skjedd i fortiden – det tar lett tid å nå oss. Faktisk kan selv den enkleste observasjon hjelpe oss å forstå kosmologisk tid: for eksempel det faktum at nattehimmelen er mørk. Hvis universet hadde en uendelig fortid og var uendelig i utstrekning, ville nattehimmelen vært helt lys – fylt med lys fra et uendelig antall stjerner i et kosmos som alltid hadde eksistert.

I lang tid trodde forskere, inkludert Albert Einstein, at universet var statisk og uendelig. Observasjoner har siden vist at det faktisk ekspanderer, og i en akselererende hastighet. Dette betyr at det må ha sin opprinnelse fra en mer kompakt tilstand som vi kaller Big Bang, noe som antyder at tiden har en begynnelse. Faktisk, hvis vi ser etter lys som er gammelt nok, kan vi til og med se relikviestrålingen fra Big Bang – den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Å innse dette var et første skritt i å bestemme universets alder (se nedenfor).

Men det er en ulempe, Einsteins spesielle relativitetsteori, viser at tid er … relativ: jo raskere du beveger deg i forhold til meg, jo langsommere vil tiden gå for deg i forhold til min oppfatning av tid. Så i vårt univers med ekspanderende galakser, spinnende stjerner og virvlende planeter, varierer tidsopplevelsene: alt er fortid, nåtid og fremtid er relativt.

Så er det en universell tid som vi alle kan være enige om?

Universets tidslinje. Design Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Det viser seg at fordi universet i gjennomsnitt er det samme overalt, og i gjennomsnitt ser likt ut i alle retninger, eksisterer det en "kosmisk tid". For å måle det, er alt vi trenger å gjøre å måle egenskapene til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Kosmologer har brukt dette til å bestemme universets alder; sin kosmiske tidsalder. Det viser seg at universet er 13,799 milliarder år gammelt.

Tidens pil

Så vi vet at tiden mest sannsynlig startet under Big Bang. Men det er ett nagende spørsmål som gjenstår: hva er egentlig tid?

For å pakke ut dette spørsmålet, må vi se på de grunnleggende egenskapene til rom og tid. I romdimensjonen kan du bevege deg forover og bakover; pendlere opplever dette hver dag. Men tiden er annerledes, den har en retning, du beveger deg alltid fremover, aldri i revers. Så hvorfor er dimensjonen av tid irreversibel? Dette er et av de store uløste problemene i fysikk.

For å forklare hvorfor tiden i seg selv er irreversibel, må vi finne prosesser i naturen som også er irreversible. Et av få slike konsepter i fysikk (og livet!) er at ting har en tendens til å bli mindre "ryddig" etter hvert som tiden går. Vi beskriver dette ved å bruke en fysisk egenskap kalt entropi som koder for hvor ordnet noe er.

Se for deg en boks med gass der alle partiklene først ble plassert i ett hjørne (en ordnet tilstand). Over tid ville de naturligvis søke å fylle hele boksen (en uordnet tilstand) - og å sette partiklene tilbake i en ordnet tilstand ville kreve energi. Dette er irreversibelt. Det er som å knekke et egg for å lage en omelett – når den først har spredt seg og fyller stekepannen, vil den aldri bli eggformet igjen. Det er det samme med universet: etter hvert som det utvikler seg, øker den totale entropien.

Dessverre kommer det ikke til å rydde opp av seg selv. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Det viser seg at entropi er en ganske god måte å forklare tidens pil på. Og selv om det kan virke som om universet blir mer ordnet i stedet for mindre – går fra et vilt hav av relativt jevnt spredt ut varm gass i de tidlige stadiene til stjerner, planeter, mennesker og artikler om tid – er det likevel mulig at det øker i uorden. Det er fordi tyngdekraften forbundet med store masser kan trekke materie inn i tilsynelatende ordnede tilstander – med økningen i uorden som vi tror må ha funnet sted på en eller annen måte gjemt bort i gravitasjonsfeltene. Så uorden kan øke selv om vi ikke ser det.

Men gitt naturens tendens til å foretrekke uorden, hvorfor startet universet i en så ordnet tilstand i utgangspunktet? Dette anses fortsatt som et mysterium. Noen forskere hevder at Big Bang kanskje ikke engang var begynnelsen, det kan faktisk være "parallelle universer" der tiden løper i forskjellige retninger.

Vil tiden ta slutt?

Tiden hadde en begynnelse, men om den vil ha en slutt avhenger av naturen til den mørke energien som får den til å utvide seg med en akselererende hastighet. Hastigheten på denne utvidelsen kan til slutt rive universet fra hverandre, og tvinge det til å ende i en Big Rip; alternativt kan mørk energi forfalle, snu Big Bang og ende universet i en Big Crunch; eller universet kan ganske enkelt utvide seg for alltid.

Men ville noen av disse fremtidsscenarioene ende tid? Vel, i henhold til kvantemekanikkens merkelige regler, kan små tilfeldige partikler for øyeblikket sprette ut av et vakuum - noe som hele tiden sees i partikkelfysikkeksperimenter. Noen har hevdet at mørk energi kan forårsake slike "kvantesvingninger" som gir opphav til et nytt Big Bang, som avslutter vår tidslinje og starter en ny. Selv om dette er ekstremt spekulativt og svært usannsynlig, er det vi vet at bare når vi forstår mørk energi vil vi vite universets skjebne.

Så hva er det mest sannsynlige resultatet? Bare tiden vil vise.