Ce Este Timpul și Merge întotdeauna înainte?

Imaginează-ți timpul care curge înapoi. Oamenii ar deveni mai tineri în loc să îmbătrânească și, după o viață lungă de întinerire treptată – dezvățat tot ce știu – s-ar termina ca o sclipire în ochii părinților. Acesta este timpul așa cum este reprezentat într-un roman al scriitorului de science fiction Philip K Dick, dar, în mod surprinzător, direcția timpului este, de asemenea, o problemă cu care se confruntă cosmologii.

Deși considerăm de la sine înțeles că timpul are o direcție dată, fizicienii nu o au: majoritatea legilor naturale sunt „reversibile în timp”, ceea ce înseamnă că ar funcționa la fel de bine dacă timpul ar fi definit ca alergând înapoi. Deci, de ce timpul merge mereu înainte? Și va face mereu așa?

Are timpul un început?

Orice concept universal de timp trebuie să se bazeze în cele din urmă pe evoluția cosmosului însuși. Când te uiți la univers, vezi evenimente care s-au întâmplat în trecut – este nevoie de timp pentru a ajunge la noi. De fapt, chiar și cea mai simplă observație ne poate ajuta să înțelegem timpul cosmologic: de exemplu faptul că cerul nopții este întunecat. Dacă universul ar avea un trecut infinit și ar avea o întindere infinită, cerul nopții ar fi complet strălucitor – plin cu lumina dintr-un număr infinit de stele dintr-un cosmos care a existat întotdeauna.

Multă vreme, oamenii de știință, inclusiv Albert Einstein, au crezut că universul este static și infinit. Observațiile au arătat de atunci că se extinde de fapt și într-un ritm accelerat. Aceasta înseamnă că trebuie să provină dintr-o stare mai compactă pe care o numim Big Bang, ceea ce înseamnă că timpul are un început. De fapt, dacă căutăm lumină suficient de veche, putem vedea chiar și radiația relicvă de la Big Bang - fundalul cosmic cu microunde. Realizarea acestui lucru a fost un prim pas în determinarea vârstei universului (vezi mai jos).

Dar există o problemă, teoria relativității speciale a lui Einstein, arată că timpul este... relativ: cu cât te miști mai repede față de mine, cu atât timpul va trece mai lent pentru tine în raport cu percepția mea asupra timpului. Așadar, în universul nostru de galaxii în expansiune, stele care se rotesc și planete învolburate, experiențele timpului variază: totul este trecut, prezent și viitor este relativ.

Deci, există un timp universal asupra căruia am putea fi toți de acord?

Linia temporală a universului. Design Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Se pare că, deoarece universul este în medie la fel peste tot și, în medie, arată la fel în toate direcțiile, există un „timp cosmic”. Pentru a-l măsura, tot ce trebuie să facem este să măsurăm proprietățile fondului cosmic cu microunde. Cosmologii au folosit acest lucru pentru a determina vârsta universului; vârsta sa cosmică. Se pare că universul are o vechime de 13,799 miliarde de ani.

Săgeata timpului

Așa că știm că timpul a început cel mai probabil în timpul Big Bang-ului. Dar rămâne o întrebare sâcâitoare: ce este exact timpul?

Pentru a despacheta această întrebare, trebuie să ne uităm la proprietățile de bază ale spațiului și timpului. În dimensiunea spațiului, te poți deplasa înainte și înapoi; navetiștii experimentează asta în fiecare zi. Dar timpul este diferit, are o direcție, mergi mereu înainte, niciodată invers. Deci, de ce dimensiunea timpului este ireversibilă? Aceasta este una dintre problemele majore nerezolvate din fizică.

Pentru a explica de ce timpul în sine este ireversibil, trebuie să găsim procese în natură care sunt, de asemenea, ireversibile. Unul dintre puținele astfel de concepte din fizică (și din viață!) este că lucrurile tind să devină mai puțin „ordonate” pe măsură ce trece timpul. Descriem acest lucru folosind o proprietate fizică numită entropie care codifică cât de ordonat este ceva.

Imaginați-vă o cutie de gaz în care toate particulele au fost plasate inițial într-un colț (o stare ordonată). De-a lungul timpului, ei ar căuta în mod natural să umple întreaga cutie (o stare dezordonată) – iar pentru a pune particulele înapoi într-o stare ordonată ar necesita energie. Acest lucru este ireversibil. Este ca și cum spargi un ou pentru a face o omletă – odată ce se întinde și umple tigaia, nu va mai reveni niciodată la forma de ou. La fel este și cu universul: pe măsură ce evoluează, entropia totală crește.

Din păcate, asta nu se va curăța de la sine. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Se pare că entropia este o modalitate destul de bună de a explica săgeata timpului. Și, deși poate părea că universul devine din ce în ce mai ordonat decât mai puțin - trecând de la o mare sălbatică de gaz fierbinte răspândit relativ uniform în stadiile sale incipiente la stele, planete, oameni și articole despre timp - este totuși posibil ca acesta să crească în dezordine. Acest lucru se datorează faptului că gravitația asociată cu mase mari poate trage materia în stări aparent ordonate – cu creșterea dezordinei despre care credem că trebuie să fi avut loc fiind cumva ascunsă în câmpurile gravitaționale. Deci dezordinea ar putea crește chiar dacă nu o vedem.

Dar având în vedere tendința naturii de a prefera dezordinea, de ce a început universul într-o stare atât de ordonată în primul rând? Acest lucru este încă considerat un mister. Unii cercetători susțin că Big Bang-ul poate nici măcar să nu fi fost începutul, ar putea exista de fapt „universuri paralele” în care timpul curge în direcții diferite.

Se va termina timpul?

Timpul a avut un început, dar dacă va avea un sfârșit depinde de natura energiei întunecate care o face să se extindă într-un ritm accelerat. Rata acestei expansiuni poate sfâșie în cele din urmă universul, forțându-l să se termine într-un Big Rip; în mod alternativ, energia întunecată se poate descompune, inversând Big Bang-ul și punând capăt Universului într-un Big Crunch; sau Universul se poate extinde pur și simplu pentru totdeauna.

Dar s-ar termina vreunul dintre aceste scenarii viitoare? Ei bine, conform regulilor ciudate ale mecanicii cuantice, particulele minuscule aleatorii pot ieși momentan dintr-un vid - ceva văzut în mod constant în experimentele de fizică a particulelor. Unii au susținut că energia întunecată ar putea provoca astfel de „fluctuații cuantice” dând naștere unui nou Big Bang, punând capăt liniei noastre temporale și pornind una nouă. Deși acest lucru este extrem de speculativ și foarte puțin probabil, ceea ce știm este că numai atunci când înțelegem energia întunecată vom cunoaște soarta universului.

Deci, care este rezultatul cel mai probabil? Doar timpul va spune.