Wakati Ni Nini Na Je, Husonga Mbele Daima?

Fikiria wakati unarudi nyuma. Watu wangekua wachanga badala ya kuwa wakubwa na, baada ya maisha marefu ya kufufuliwa hatua kwa hatua - bila kujifunza kila kitu wanachojua - wangeisha kama kufumba na kufumbua machoni pa wazazi wao. Wakati huo ni kama ulivyowakilishwa katika riwaya ya mwandishi wa hadithi za kisayansi Philip K Dick lakini, cha kushangaza, mwelekeo wa wakati pia ni suala ambalo wataalamu wa ulimwengu wanakabiliana nalo.

Ingawa tunachukulia kuwa muda una mwelekeo fulani, wanafizikia hawana: sheria nyingi za asili "zinaweza kutenduliwa wakati" ambayo inamaanisha kuwa zingefanya kazi vile vile ikiwa wakati ungefafanuliwa kama kurudi nyuma. Kwa hivyo kwa nini wakati unasonga mbele kila wakati? Na itafanya hivyo kila wakati?

Je, wakati una mwanzo?

Wazo lolote la ulimwengu wote la wakati lazima hatimaye liwe na msingi wa mageuzi ya ulimwengu yenyewe. Unapotazama ulimwengu unaona matukio yaliyotokea zamani - inachukua muda mwepesi kutufikia. Kwa kweli, hata uchunguzi rahisi zaidi unaweza kutusaidia kuelewa wakati wa cosmological: kwa mfano ukweli kwamba anga ya usiku ni giza. Ikiwa ulimwengu ulikuwa na wakati uliopita usio na mwisho na usio na kipimo, anga ya usiku ingekuwa angavu kabisa - iliyojaa nuru kutoka kwa idadi isiyo na kikomo ya nyota katika anga ambayo imekuwapo kila wakati.

Kwa muda mrefu wanasayansi, ikiwa ni pamoja na Albert Einstein, walidhani kwamba ulimwengu ulikuwa tuli na usio na mwisho. Uchunguzi umeonyesha kuwa kwa kweli inapanuka, na kwa kasi ya kasi. Hii ina maana kwamba lazima iwe ilitokana na hali ya kushikana zaidi ambayo tunaiita Big Bang, ikimaanisha kwamba wakati una mwanzo. Kwa kweli, ikiwa tunatafuta mwanga ambao ni wa zamani wa kutosha tunaweza hata kuona mionzi ya mabaki kutoka Big Bang - mandharinyuma ya microwave ya ulimwengu. Kutambua hili ilikuwa hatua ya kwanza katika kuamua umri wa ulimwengu (tazama hapa chini).

Lakini kuna snag, nadharia maalum ya Einstein ya uhusiano, inaonyesha kuwa wakati ni ... jamaa: unavyosonga haraka ukilinganisha nami, wakati polepole utapita kwako kulingana na mtazamo wangu wa wakati. Kwa hivyo katika ulimwengu wetu wa galaksi zinazopanuka, nyota zinazozunguka na sayari zinazozunguka, uzoefu wa wakati hutofautiana: kila kitu cha zamani, cha sasa na cha baadaye ni jamaa.

Kwa hivyo kuna wakati wa ulimwengu wote ambao sote tunaweza kukubaliana?

Ratiba ya ulimwengu. Usanifu Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Inatokea kwamba kwa sababu ulimwengu ni wastani sawa kila mahali, na kwa wastani inaonekana sawa katika kila upande, kuna "wakati wa cosmic". Ili kuipima, tunachopaswa kufanya ni kupima mali ya asili ya microwave ya cosmic. Wanakosmolojia wametumia hili kuamua umri wa ulimwengu; umri wake wa ulimwengu. Inabadilika kuwa ulimwengu una umri wa miaka bilioni 13.799.

Mshale wa wakati

Kwa hivyo tunajua wakati kuna uwezekano mkubwa ulianza wakati wa Big Bang. Lakini kuna swali moja la kusumbua ambalo linabaki: wakati ni nini haswa?

Ili kufunua swali hili, tunapaswa kuangalia mali ya msingi ya nafasi na wakati. Katika mwelekeo wa nafasi, unaweza kusonga mbele na nyuma; wasafiri wanapata uzoefu huu kila siku. Lakini wakati ni tofauti, ina mwelekeo, wewe daima kusonga mbele, kamwe kinyume. Kwa hivyo kwa nini kipimo cha wakati hakiwezi kutenduliwa? Hili ni moja wapo ya shida kuu ambazo hazijatatuliwa katika fizikia.

Ili kueleza kwa nini wakati wenyewe hauwezi kutenduliwa, tunahitaji kutafuta michakato katika asili ambayo pia haiwezi kutenduliwa. Mojawapo ya dhana chache kama hizo katika fizikia (na maisha!) ni kwamba mambo huwa yanapungua "nadhifu" kadiri wakati unavyopita. Tunaelezea hii kwa kutumia mali inayoitwa entropy ambayo husimba jinsi kitu kilivyoagizwa.

Hebu fikiria sanduku la gesi ambalo chembe zote ziliwekwa awali kwenye kona moja (hali iliyoagizwa). Baada ya muda wangetafuta kujaza kisanduku kizima (hali iliyochafuliwa) - na kurudisha chembe katika hali iliyoamriwa kungehitaji nishati. Hili haliwezi kutenduliwa. Ni kama kupasua yai ili kutengeneza omeleti - mara linapoenea na kujaza kikaangio, halitarudi tena kuwa umbo la yai. Ni sawa na ulimwengu: inapoendelea, entropy ya jumla huongezeka.

Kwa bahati mbaya hiyo haitajisafisha yenyewe. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Inabadilika kuwa entropy ni njia nzuri ya kuelezea mshale wa wakati. Na ingawa inaweza kuonekana kama ulimwengu unakuwa na mpangilio zaidi badala ya kuwa mdogo - kutoka kwa bahari ya pori ya gesi ya moto iliyoenea kwa usawa katika hatua zake za mwanzo hadi nyota, sayari, wanadamu na makala kuhusu wakati - hata hivyo inawezekana kwamba inaongezeka kwa machafuko. Hiyo ni kwa sababu uzito unaohusishwa na umati mkubwa unaweza kuwa unavuta maada katika majimbo yanayoonekana kupangwa - huku ongezeko la machafuko ambalo tunadhani lazima lilifanyika likiwa limefichwa kwa namna fulani katika nyanja za uvutano. Kwa hivyo machafuko yanaweza kuongezeka ingawa hatuyaoni.

Lakini kwa kuzingatia mwelekeo wa asili wa kupendelea machafuko, kwa nini ulimwengu ulianza katika hali iliyopangwa hivyo hapo kwanza? Hii bado inachukuliwa kuwa siri. Watafiti wengine wanahoji kwamba Mlipuko Mkubwa unaweza hata haukuwa mwanzo, kwa kweli kunaweza kuwa na "ulimwengu sambamba" ambapo wakati unaenda kwa mwelekeo tofauti.

Je, wakati utaisha?

Muda ulikuwa na mwanzo lakini iwapo utakuwa na mwisho inategemea asili ya nishati ya giza inayoufanya upanuke kwa kasi. Kasi ya upanuzi huu hatimaye inaweza kusambaratisha ulimwengu, na kuulazimisha kuishia kwa Mpasuko Kubwa; vinginevyo nishati ya giza inaweza kuoza, kugeuza Mlipuko Mkubwa na kumaliza Ulimwengu kwa Mshindo Mkubwa; au Ulimwengu unaweza kupanuka milele.

Lakini je, mojawapo ya matukio haya ya siku zijazo yangeisha wakati? Naam, kwa mujibu wa sheria za ajabu za mechanics ya quantum, chembe ndogo za random zinaweza kutokea kwa muda kutoka kwa utupu - kitu kinachoonekana mara kwa mara katika majaribio ya fizikia ya chembe. Wengine wamebishana kuwa nishati ya giza inaweza kusababisha "kubadilika kwa kiasi" kama hicho na kusababisha Big Bang mpya, kumaliza safu yetu ya saa na kuanza mpya. Ingawa hii ni ya kubahatisha sana na haiwezekani sana, tunachojua ni kwamba ni wakati tu tunapoelewa nishati ya giza ndipo tutajua hatima ya ulimwengu.

Kwa hivyo ni matokeo gani yanayowezekana zaidi? Muda pekee ndio utasema.