Ποια είναι η ώρα και γιατί προχωρά;

Τι ώρα είναι?

με Τόμας ΚίτσινγκΚαι UCL

Φανταστείτε ότι ο χρόνος περνάει αντίστροφα. Οι άνθρωποι γίνονταν νεότεροι παρά μεγάλοι και μετά από μια μακρά ζωή σταδιακής ανανέωσης – χωρίς να γνωρίζουν όλα όσα ήξεραν – θα κατέληγαν σε μια λάμψη στα μάτια των γονιών τους. Αυτή τη φορά όπως φαίνεται στο Μυθιστόρημα του συγγραφέα επιστημονικής φαντασίας Φίλιπ Κ. πετεινός Όμως, παραδόξως, η κατεύθυνση του χρόνου είναι επίσης ένα ζήτημα που αντιμετωπίζουν οι κοσμολόγοι.

Ενώ θεωρούμε ότι ο χρόνος έχει μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, οι φυσικοί δεν το κάνουν: οι περισσότεροι φυσικοί νόμοι είναι “αντιστρεπτοί στο χρόνο”, πράγμα που σημαίνει ότι θα λειτουργούσαν μια χαρά αν ο χρόνος οριζόταν ως οπισθοχώρηση. Γιατί ο χρόνος προχωρά πάντα; Και θα το κάνεις πάντα αυτό;

Το EarthSky βοήθησε στη δημιουργία περισσότερων άρθρων για το σύμπαν. Παρακαλούμε δώστε ό, τι μπορείτε για την ετήσια καμπάνια μας για χρηματοδότηση πλήθους.

Ο χρόνος έχει αρχή;

Κάθε καθολική αντίληψη του χρόνου πρέπει τελικά να βασίζεται στην εξέλιξη του ίδιου του σύμπαντος. Όταν κοιτάζετε το σύμπαν, βλέπετε γεγονότα που συνέβησαν στο παρελθόν – χρειάζεται πολύς χρόνος για να φτάσετε σε εμάς. Στην πραγματικότητα, ακόμη και οι πιο απλές παρατηρήσεις μπορούν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τον κοσμικό χρόνο: για παράδειγμα, το γεγονός ότι Ο νυχτερινός ουρανός είναι σκοτεινόςΤο Αν το σύμπαν είχε ένα άπειρο παρελθόν και ήταν άπειρο σε έκταση, ο νυχτερινός ουρανός θα ήταν εξίσου λαμπρός – γεμάτος με φως από τον άπειρο αριθμό άστρων στο σύμπαν που υπήρχε πάντα.

Για πολύ καιρό, οι επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένου του Άλμπερτ Αϊνστάιν, πίστευαν ότι το σύμπαν είναι σταθερό και άπειρο. Οι σημειώσεις εμφανίζονται έκτοτε Στην πραγματικότητα επεκτείνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να έχει προκύψει από μια πιο συμπαγή κατάσταση που ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη, πράγμα που σημαίνει ότι ο χρόνος έχει αρχή. Στην πραγματικότητα, αν ψάξουμε για φως αρκετά παλιό, μπορούμε να δούμε ακόμη και την ακτινοβολία των υπολειμμάτων του Big Bang – το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτωνΤο Η συνειδητοποίηση αυτού ήταν ένα πρώτο βήμα για τον προσδιορισμό της ηλικίας του σύμπαντος (δείτε παρακάτω).

Σχετικότητα

Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα, η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν το καθιστά σαφές Ο χρόνος είναι σχετικός: Όσο πιο γρήγορα κινείσαι για μένα, τόσο πιο αργά θα περάσει για σένα σε σχέση με την αντίληψή μου για τον χρόνο. Έτσι, στο σύμπαν των διαστελλόμενων γαλαξιών, των περιστρεφόμενων άστρων και των περιστρεφόμενων πλανητών, οι εμπειρίες του χρόνου είναι διαφορετικές: τα πάντα στο παρελθόν, το παρόν και το μέλλον είναι σχετικά.

Αποδεικνύεται ότι δεδομένου ότι κατά μέσο όρο το σύμπαν είναι το ίδιο παντού και κατά μέσο όρο φαίνεται το ίδιο προς κάθε κατεύθυνση, υπάρχουν κοσμικός χρόνοςΤο Για να το μετρήσουμε αυτό, το μόνο που έχουμε να κάνουμε είναι να μετρήσουμε τις ιδιότητες του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων. Οι κοσμολόγοι το χρησιμοποίησαν για να καθορίσουν την ηλικία του σύμπαντος: την κοσμική του ηλικία. Αποδεικνύεται ότι η ηλικία του σύμπαντος είναι 13,799 δισεκατομμύρια χρόνια.

βέλος χρόνου

Γνωρίζουμε λοιπόν ότι ο χρόνος πιθανότατα ξεκίνησε κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης. Αλλά παραμένει μια ενοχλητική ερώτηση: Τι ακριβώς; Αυτός είναι χρόνος?

Για να αποκρυπτογραφήσουμε αυτό το ερώτημα, πρέπει να εξετάσουμε τις βασικές ιδιότητες του χώρου και του χρόνου. Στις διαστάσεις του χώρου, μπορείτε να προχωρήσετε μπροστά και πίσω. Οι επιβάτες το βιώνουν αυτό καθημερινά. Ο χρόνος όμως είναι διαφορετικός, έχει κατεύθυνση, πηγαίνεις πάντα μπροστά, ποτέ αντίστροφα. Γιατί η χρονική διάσταση είναι μη αναστρέψιμη; Αυτό είναι ένα από τα κύρια άλυτα προβλήματα στη φυσική.

Για να εξηγήσουμε γιατί ο ίδιος ο χρόνος είναι μη αναστρέψιμος, πρέπει να βρούμε διαδικασίες στη φύση που είναι επίσης μη αναστρέψιμες. Μία από τις λίγες έννοιες στη φυσική (και τη ζωή!) Είναι ότι τα πράγματα τείνουν να γίνονται λιγότερο «τακτοποιημένα» με την πάροδο του χρόνου. Το μισό από αυτό χρησιμοποιώντας ένα αρχείο Μια φυσική ιδιότητα που ονομάζεται εντροπία Κωδικοποιεί πώς να οργανώσετε κάτι.

Φανταστείτε ένα κουτί αερίου στο οποίο όλα τα σωματίδια είχαν αρχικά τοποθετηθεί σε μια γωνία (μια διατεταγμένη κατάσταση). Με τον καιρό φυσικά θα επιδιώξουν να γεμίσουν ολόκληρο το κιβώτιο (μια κατάσταση αναταραχής) – και η επιστροφή των σωματιδίων σε μια κανονική κατάσταση απαιτεί ενέργεια. Αυτό είναι μη αναστρέψιμο. Είναι σαν να σπάς ένα αυγό για να φτιάξεις μια ομελέτα. Μόλις απλωθεί και γεμίσει το τηγάνι, δεν θα επιστρέψει ποτέ στο σχήμα του αυγού του. Το ίδιο ισχύει και για το σύμπαν: καθώς εξελίσσεται, η συνολική εντροπία αυξάνεται.

αυξημένο χάος

Αποδεικνύεται ότι η εντροπία είναι ένας καλός τρόπος για να εξηγήσουμε το βέλος του χρόνου. Και παρόλο που φαίνεται ότι το σύμπαν γίνεται όλο και περισσότερο τακτικό-κινείται από μια χερσαία θάλασσα με σχετικά ομοιόμορφα διασκορπισμένο καυτό αέριο στα αρχικά της στάδια σε αστέρια, πλανήτες, ανθρώπους και αντικείμενα που σχετίζονται με το χρόνο-εντούτοις μπορεί να αναπτυχθεί σε αταξία. Αυτό συμβαίνει επειδή η βαρύτητα που σχετίζεται με μεγάλες συστάδες μπορεί να τραβήξει την ύλη σε φαινομενικά τακτοποιημένες καταστάσεις – με το αυξανόμενο χάος πιστεύουμε ότι πρέπει να κρύβεται με κάποιο τρόπο σε βαρυτικά πεδία. Έτσι το χάος μπορεί να αναπτυχθεί ακόμα κι αν δεν το βλέπουμε.

Δεδομένης όμως της τάσης της φύσης να ευνοεί το χάος, γιατί το σύμπαν ξεκίνησε σε μια τόσο τακτοποιημένη κατάσταση; Αυτό εξακολουθεί να θεωρείται μυστήριο. Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να μην ήταν καν η αρχή, στην πραγματικότητα μπορεί να ήταν παράλληλα σύμπαντα Όπου ο χρόνος περνά σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Θα λήξει ο χρόνος;

Ο χρόνος έχει αρχή, αλλά το αν θα έχει τέλος εξαρτάται από τη φύση σκοτεινή ενέργεια Αυτό το κάνει να επεκτείνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Ο ρυθμός αυτής της διαστολής μπορεί τελικά να σπάσει το σύμπαν, αναγκάζοντάς το να καταλήξει σε μια Μεγάλη Αντίσταση. Εναλλακτικά, η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να αποσυντεθεί, αντιστρέφοντας τη Μεγάλη Έκρηξη και τελειώνοντας το σύμπαν σε μια μεγάλη κρίση. Or το σύμπαν μπορεί να επεκταθεί για πάντα.

Θα τελειώσει όμως ποτέ κάποιο από αυτά τα μελλοντικά σενάρια; Λοιπόν, σύμφωνα με τους περίεργους κανόνες της κβαντομηχανικής, μικροσκοπικά τυχαία σωματίδια μπορούν να βγουν προσωρινά από το κενό, κάτι που φαίνεται συνεχώς στα πειράματα φυσικής σωματιδίων. Κάποιοι το υποστήριξαν σκοτεινή ενέργεια Τέτοιες «ποσοτικές διακυμάνσεις» μπορούν να προκαλέσουν Με αποτέλεσμα μια νέα μεγάλη έκρηξη, τελειώνουμε το χρονοδιάγραμμά μας και ξεκινάμε ένα νέο. Ενώ αυτό είναι εξαιρετικά κερδοσκοπικό και πολύ απίθανο, αυτό που γνωρίζουμε είναι μόνο όταν το κάνουμε Κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας Θα γνωρίζουμε την τύχη του σύμπαντος;

Ποιο είναι λοιπόν το πιο πιθανό αποτέλεσμα; Μόνο ο χρόνος θα το αποδείξει.

Τόμας Κίτσινγκ, λέκτορας αστροφυσικής, UCL

Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε αρχικά στο ΣυνομιλίαΤο Διαβάστε το πρωτότυπο άρθροΤο

Συμπέρασμα: Τι είναι χρόνος και γιατί προχωράει; Ο κοσμολόγος Thomas Kitching του University College London εξηγεί πώς το βέλος του χρόνου δείχνει το μέλλον.