Шта је време и да ли се оно увек креће напред?

Замислите да време тече уназад. Људи би постали млађи уместо старији и, након дугог живота постепеног подмлађивања – одучавања од свега што знају – завршили би као бљесак у очима родитеља. То је време као што је представљено у роману писца научне фантастике Филипа К Дика, али, изненађујуће, смер времена је такође проблем са којим се космолози боре.

Док ми узимамо здраво за готово да време има дат правац, физичари немају: већина природних закона је „временски реверзибилна“, што значи да би функционисали једнако добро када би се време дефинисало као кретање уназад. Па зашто време увек иде напред? И да ли ће увек тако бити?

Да ли време има почетак?

Сваки универзални концепт времена на крају мора бити заснован на еволуцији самог космоса. Када погледате у свемир, видите догађаје који су се десили у прошлости – потребно је мало времена да стигнемо до нас. У ствари, чак и најједноставније посматрање може нам помоћи да разумемо космолошко време: на пример чињеницу да је ноћно небо тамно. Да је универзум имао бесконачну прошлост и био бесконачан по обиму, ноћно небо би било потпуно светло – испуњено светлошћу бесконачног броја звезда у космосу који је одувек постојао.

Дуго времена су научници, укључујући Алберта Ајнштајна, сматрали да је универзум статичан и бесконачан. Запажања су од тада показала да се она у ствари шири, и то убрзаном стопом. То значи да мора да потиче из компактнијег стања које називамо Велики прасак, што имплицира да време има почетак. У ствари, ако тражимо светлост која је довољно стара, можемо чак видети реликтну радијацију из Великог праска – космичку микроталасну позадину. Схватање да је ово био први корак у одређивању старости универзума (види доле).

Али постоји замка, Ајнштајнова специјална теорија релативности показује да је време... релативно: што се брже крећете у односу на мене, то ће вам време проћи спорије у односу на моју перцепцију времена. Дакле, у нашем универзуму галаксија које се шире, звезда које се врте и планета које се ковитлају, доживљаји времена варирају: све је прошлост, садашњост и будућност релативно.

Дакле, постоји ли универзално време око којег бисмо се сви могли сложити?

Временска линија универзума. Дизајн Алекс Мителман, Цолдцреатион/викимедиа, ЦЦ БИ-СА

Испоставља се да зато што је универзум у просеку свуда исти, и у просеку изгледа исто у сваком правцу, постоји „космичко време“. Да бисмо га измерили, све што треба да урадимо је да измеримо својства космичке микроталасне позадине. Космолози су ово користили да одреде старост универзума; своје космичко доба. Испоставило се да је свемир стар 13,799 милијарди година.

Стрелица времена

Дакле, знамо да је време највероватније почело током Великог праска. Али остаје једно мучно питање: шта је тачно време?

Да бисмо распаковали ово питање, морамо да погледамо основна својства простора и времена. У димензији простора можете се кретати напред и назад; путници то доживљавају свакодневно. Али време је другачије, оно има правац, увек идете напред, никад уназад. Па зашто је димензија времена неповратна? Ово је један од највећих нерешених проблема у физици.

Да бисмо објаснили зашто је само време неповратно, морамо пронаћи процесе у природи који су такође неповратни. Један од ретких таквих концепата у физици (и животу!) је да ствари постају мање „уредне“ како време пролази. Ово описујемо коришћењем физичког својства званог ентропија које кодира колико је нешто уређено.

Замислите кутију са гасом у којој су све честице првобитно биле смештене у једном углу (уређено стање). Временом би природно настојали да попуне целу кутију (неуређено стање) – а да би се честице вратиле у уређено стање би била потребна енергија. Ово је неповратно. То је као да разбијете јаје да бисте направили омлет – када се једном рашири и напуни тигањ, никада се неће вратити у облик јајета. Исто је и са универзумом: како се развија, укупна ентропија се повећава.

Нажалост, то се неће очистити само од себе. Алекс Диновицер/викимедиа , ЦЦ БИ-СА

Испоставило се да је ентропија прилично добар начин да се објасни стрелица времена. И док се може чинити да универзум постаје више уређен, а не мање – прелазећи од дивљег мора релативно равномерно распрострањеног врелог гаса у својим раним фазама до звезда, планета, људи и чланака о времену – ипак је могуће да је у нереду. То је зато што гравитација повезана са великим масама може повући материју у наизглед уређена стања - са повећањем нереда за који мислимо да се морао десити на неки начин скривен у гравитационим пољима. Дакле, неред би могао да расте иако то не видимо.

Али с обзиром на склоност природе да преферира неред, зашто је универзум уопште почео у тако уређеном стању? Ово се још увек сматра мистеријом. Неки истраживачи тврде да Велики прасак можда није ни био почетак, већ да у ствари могу постојати „паралелни универзуми“ у којима време тече у различитим правцима.

Хоће ли се време завршити?

Време је имало почетак, али да ли ће имати крај зависи од природе тамне енергије која га чини да се убрзано шири. Брзина ове експанзије може на крају раздвојити универзум, приморавајући га да се заврши Великим расцепом; алтернативно, тамна енергија се може распасти, преокренути Велики прасак и завршити Универзум у Великом Црунцху; или се Универзум једноставно може заувек ширити.

Али да ли би било који од ових будућих сценарија завршио време? Па, према чудним правилима квантне механике, ситне насумичне честице могу тренутно искочити из вакуума - нешто што се стално виђа у експериментима физике честица. Неки су тврдили да тамна енергија може да изазове такве „квантне флуктуације“ што доводи до новог Великог праска, завршавајући нашу временску линију и започиње нову. Иако је ово изузетно спекулативно и врло мало вероватно, оно што знамо је да ћемо тек када разумемо тамну енергију знати судбину универзума.

Дакле, који је највероватнији исход? Само ће време показати.