Kaj Je čas in Ali Se Vedno Premika naprej?

Predstavljajte si, da čas teče nazaj. Ljudje bi se pomladili, namesto da bi se postarali in po dolgem življenju postopnega pomlajevanja – odpovedi vsega, kar znajo – bi končali kot iskrica v očeh svojih staršev. To je čas, kot je predstavljen v romanu pisatelja znanstvene fantastike Philipa K. Dicka, a presenetljivo je, da je smer časa tudi vprašanje, s katerim se spopadajo kozmologi.

Medtem ko jemljemo za samoumevno, da ima čas določeno smer, jo fiziki nimajo: večina naravnih zakonov je »časovno reverzibilnih«, kar pomeni, da bi delovali prav tako dobro, če bi čas definirali kot teče nazaj. Zakaj torej čas vedno teče naprej? In ali bo vedno tako?

Ali ima čas svoj začetek?

Vsak univerzalni koncept časa mora končno temeljiti na evoluciji samega kozmosa. Ko pogledate navzgor v vesolje, vidite dogodke, ki so se zgodili v preteklosti – potreben je čas, da nas doseže. Pravzaprav nam lahko celo najpreprostejše opazovanje pomaga razumeti kozmološki čas: na primer dejstvo, da je nočno nebo temno. Če bi imelo vesolje neskončno preteklost in bi bilo neskončno po obsegu, bi bilo nočno nebo popolnoma svetlo – napolnjeno s svetlobo neskončnega števila zvezd v vesolju, ki je vedno obstajalo.

Znanstveniki, vključno z Albertom Einsteinom, so dolgo časa mislili, da je vesolje statično in neskončno. Opazovanja so od takrat pokazala, da se dejansko širi in pospešeno. To pomeni, da mora izvirati iz bolj kompaktnega stanja, ki ga imenujemo veliki pok, kar pomeni, da ima čas res začetek. Pravzaprav, če iščemo svetlobo, ki je dovolj stara, lahko vidimo celo reliktno sevanje Velikega poka – kozmično mikrovalovno ozadje. Spoznanje tega je bil prvi korak pri določanju starosti vesolja (glej spodaj).

Vendar obstaja težava, Einsteinova posebna teorija relativnosti kaže, da je čas … relativen: hitreje kot se premikaš glede na mene, počasneje bo čas tekel zate glede na moje dojemanje časa. Torej se v našem vesolju širijočih se galaksij, vrtečih se zvezd in vrtinčastih planetov izkušnje s časom razlikujejo: vse v preteklosti, sedanjosti in prihodnosti je relativno.

Torej obstaja univerzalni čas, s katerim bi se lahko vsi strinjali?

Časovnica vesolja. Oblikovanje Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Izkazalo se je, da ker je vesolje v povprečju povsod enako in v povprečju izgleda enako v vse smeri, obstaja "kozmični čas". Da ga izmerimo, moramo le izmeriti lastnosti kozmičnega mikrovalovnega ozadja. Kozmologi so to uporabili za določitev starosti vesolja; svojo kozmično dobo. Izkazalo se je, da je vesolje staro 13,799 milijarde let.

Časovna puščica

Tako vemo, da se je čas najverjetneje začel med velikim pokom. Vendar ostaja eno mučno vprašanje: kaj točno je čas?

Da bi razrešili to vprašanje, si moramo ogledati osnovne lastnosti prostora in časa. V dimenziji prostora se lahko premikate naprej in nazaj; vozniki to doživljajo vsak dan. A čas je drugačen, ima smer, vedno greš naprej, nikoli nazaj. Zakaj je torej razsežnost časa ireverzibilna? To je eden večjih nerešenih problemov v fiziki.

Da bi pojasnili, zakaj je sam čas nepovraten, moramo najti procese v naravi, ki so prav tako nepovratni. Eden redkih takih konceptov v fiziki (in življenju!) je, da stvari sčasoma postanejo manj "urejene". To opisujemo s fizično lastnostjo, imenovano entropija, ki kodira, kako urejeno je nekaj.

Predstavljajte si škatlo s plinom, v kateri so bili vsi delci na začetku postavljeni v en kot (urejeno stanje). Sčasoma bi seveda poskušali napolniti celotno škatlo (neurejeno stanje) – in da bi delce vrnili v urejeno stanje, bi bila potrebna energija. To je nepovratno. To je tako, kot če bi razbili jajce, da bi naredili omleto – ko se enkrat razleze in napolni ponev, ne bo več dobil jajčaste oblike. Enako je z vesoljem: ko se razvija, skupna entropija narašča.

Na žalost se to ne bo očistilo samo od sebe. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Izkazalo se je, da je entropija precej dober način za razlago časovne puščice. In čeprav se morda zdi, da vesolje postaja bolj urejeno in ne slabše – od divjega morja razmeroma enakomerno razpršenega vročega plina v zgodnjih fazah do zvezd, planetov, ljudi in člankov o času – je vseeno možno, da postaja vse bolj neurejeno. To je zato, ker gravitacija, povezana z velikimi masami, morda vleče snov v navidezno urejena stanja – pri čemer je povečanje nereda, za katerega menimo, da se je moralo zgoditi, nekako skrito v gravitacijskih poljih. Motnja se torej lahko povečuje, čeprav tega ne vidimo.

Toda glede na težnjo narave, da daje prednost neredu, zakaj se je vesolje sploh začelo v tako urejenem stanju? To še vedno velja za skrivnost. Nekateri raziskovalci trdijo, da veliki pok morda sploh ni bil začetek, morda dejansko obstajajo "vzporedna vesolja", kjer čas teče v različne smeri.

Se bo čas končal?

Čas je imel začetek, toda ali se bo končal, je odvisno od narave temne energije, ki povzroča, da se širi s pospešeno hitrostjo. Hitrost tega širjenja lahko sčasoma raztrga vesolje in ga prisili, da konča v velikem raztrganju; alternativno lahko temna energija razpade, obrne veliki pok in konča vesolje v velikem krču; ali pa se vesolje preprosto razširi za vedno.

Toda ali bi se kateri od teh prihodnjih scenarijev končal? No, v skladu s čudnimi pravili kvantne mehanike lahko majhni naključni delci v trenutku izskočijo iz vakuuma – nekaj, kar nenehno vidimo v eksperimentih s fiziko delcev. Nekateri so trdili, da bi lahko temna energija povzročila takšna "kvantna nihanja", ki bi povzročila nov veliki pok, ki konča našo časovno linijo in začne novo. Čeprav je to zelo špekulativno in zelo malo verjetno, vemo, da bomo vedeli, kakšna bo usoda vesolja, šele ko bomo razumeli temno energijo.

Kakšen je torej najverjetnejši izid? Samo čas bo pokazal.