Τι είναι ο χρόνος και γιατί προχωρά;

Θεωρούμε ότι το σύμπαν έχει ένα χρονοδιάγραμμα, ένα σημείο στο οποίο ξεκίνησε, μέχρι τώρα. Τι γνωρίζουν όμως πραγματικά οι σύγχρονοι κοσμολόγοι της εποχής; Εικόνα από τον Alex Mittelmann / WikimediaΤο

Τι είναι ώρα?

Διά μέσου Thomas kitching, UCL

Φανταστείτε τον χρόνο να κυλά προς τα πίσω. Οι άνθρωποι θα αναζωογονήθηκαν αντί να γερνούν και μετά από μια μακρά ζωή προοδευτικής αναζωογόνησης – ξεμαθαίνοντας όλα όσα γνωρίζουν – θα κατέληγαν σαν μια λάμψη στα μάτια των γονιών τους. Είναι καιρός όπως αναπαρίσταται μυθιστόρημα του συγγραφέα επιστημονικής φαντασίας Φίλιπ Κ. Ντικ αλλά, εκπληκτικά, η κατεύθυνση του χρόνου είναι επίσης ένα πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι κοσμολόγοι.

Παρόλο που θεωρούμε δεδομένο ότι ο χρόνος έχει μια δεδομένη κατεύθυνση, οι φυσικοί δεν το κάνουν: οι περισσότεροι φυσικοί νόμοι είναι “αντιστρεπτοί στο χρόνο”, πράγμα που σημαίνει ότι θα λειτουργούσαν εξίσου καλά εάν ο χρόνος οριζόταν ως παρακμή. Γιατί λοιπόν ο χρόνος προχωράει πάντα; Και θα το κάνει πάντα;

Βοηθήστε το EarthSky να σας φέρει περισσότερα αντικείμενα στον κόσμο. 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 κόσμου. Όταν κοιτάζετε το σύμπαν, βλέπετε γεγονότα που έχουν συμβεί στο παρελθόν – χρειάζεται λίγος χρόνος για να φτάσουμε σε εμάς. Στην πραγματικότητα, ακόμη και η πιο απλή παρατήρηση μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τον κοσμολογικό χρόνο: για παράδειγμα, το γεγονός ότι το ο νυχτερινός ουρανός είναι σκοτεινόςΤο Αν το σύμπαν είχε ένα άπειρο παρελθόν και μια άπειρη έκταση, ο νυχτερινός ουρανός θα ήταν εντελώς φωτεινός – γεμάτος με το φως ενός άπειρου αριθμού αστεριών σε έναν κόσμο που υπήρχε πάντα.

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

READ  Η Γεωλογική Δραστηριότητα στη Γη Ακολουθεί Κύκλος 27,5 εκατομμυρίων ετών, Νέα Μελέτη | Γεωεπιστήμες

Σχετικότητα

Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα, η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν το δείχνει ο χρόνος είναι … σχετικός: Όσο πιο γρήγορα κινείσαι σε σχέση με εμένα, 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 ποικίλλουν: όλα είναι παρελθόν, παρόν και μέλλον σχετικό.

Τι είναι ο χρόνος: ο Γαλαξίας μας καμαρώνει πάνω από ένα σκοτεινό, πετρώδες τοπίο.
Γιατί ο νυχτερινός ουρανός μπορεί να μας πει πολλά για τον καιρό. Εικόνα μέσω του Εθνικού Πάρκου Arches / FlickrΤο

Αποδεικνύεται ότι επειδή το σύμπαν είναι κατά μέσο όρο το ίδιο παντού και κατά μέσο όρο μοιάζει το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις, υπάρχει ένα κοσμικός χρόνοςΤο Για να το μετρήσουμε, αρκεί να μετρήσουμε τις ιδιότητες του κοσμικού διάχυτου φόντου. Οι κοσμολόγοι το έχουν χρησιμοποιήσει για να καθορίσουν την ηλικία του σύμπαντος: την κοσμική του ηλικία. Αποδεικνύεται ότι το σύμπαν είναι 13,799 δισεκατομμυρίων ετών.

Το βέλος του χρόνου

Γνωρίζουμε λοιπόν ότι ο καιρός πιθανότατα ξεκίνησε κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης. Αλλά παραμένει ένα ενοχλητικό ερώτημα: τι ακριβώς είναι χρόνος?

Για να ξετυλίξουμε αυτό το ερώτημα, πρέπει να εξετάσουμε τις θεμελιώδεις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου. Στη διάσταση του χώρου, μπορείτε να προχωρήσετε μπροστά και πίσω. οι ταξιδιώτες το βιώνουν καθημερινά. Ο χρόνος όμως είναι διαφορετικός, έχει κατεύθυνση, πηγαίνεις πάντα μπροστά, ποτέ πίσω. Γιατί λοιπόν η διάσταση του χρόνου είναι μη αναστρέψιμη; Αυτό είναι ένα από τα σημαντικότερα άλυτα προβλήματα στη φυσική.

Για να εξηγήσουμε γιατί ο χρόνος είναι αμετάκλητος, πρέπει να βρούμε διαδικασίες στη φύση που είναι επίσης μη αναστρέψιμες. Μία από τις λίγες τέτοιες έννοιες στη φυσική (και στη ζωή!) Είναι ότι τα πράγματα τείνουν να γίνονται λιγότερο «τακτοποιημένα» με την πάροδο του χρόνου. Το περιγράφουμε χρησιμοποιώντας ένα φυσική ιδιότητα που ονομάζεται εντροπία που κωδικοποιεί τον τρόπο παραγγελίας κάτι.

READ  Μυστηριώδεις ραδιοφωνικές εκρήξεις που αποδίδονται στα χέρια του σπειροειδούς γαλαξία

Φανταστείτε ένα κιβώτιο αερίου στο οποίο όλα τα σωματίδια είχαν αρχικά τοποθετηθεί σε μια γωνία (μια κανονική κατάσταση). Με την πάροδο του χρόνου, φυσικά θα επιδίωκαν να γεμίσουν ολόκληρο το κουτί (μια ακατάστατη κατάσταση) – και η επιστροφή των σωματιδίων σε μια κανονική κατάσταση θα απαιτούσε ενέργεια. Είναι μη αναστρέψιμο. Είναι σαν να σπάς ένα αυγό για να φτιάξεις μια ομελέτα. Μόλις απλωθεί και γεμίσει το τηγάνι, δεν θα γίνει ποτέ ξανά ωοειδές. Είναι το ίδιο με το σύμπαν: καθώς εξελίσσεται, η συνολική εντροπία αυξάνεται.

Διάσπαρτες δίοδοι και άλλα μικροσκοπικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα χύθηκαν από ένα πλαστικό κουτί.
Δυστυχώς, αυτό δεν πρόκειται να καθαρίσει από μόνο του. Εικόνα μέσω Alex Dinovitser / WikimediaΤο

Μια αυξανόμενη διαταραχή

Αποδεικνύεται ότι η εντροπία είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να εξηγήσουμε το βέλος του χρόνου. Και ενώ μπορεί να φαίνεται ότι το σύμπαν γίνεται πιο τακτικό και όχι λιγότερο – μετακινείται από μια άγρια ​​θάλασσα με σχετικά ομοιόμορφα κατανεμημένα καυτά αέρια στα πρώτα του χρόνια σε αστέρια, πλανήτες, ανθρώπους και καιρικά είδη – είναι ωστόσο πιθανό ότι αυξάνεται σε αταξία. Αυτό συμβαίνει επειδή η βαρύτητα που σχετίζεται με μεγάλες μάζες μπορεί να παρασύρει την ύλη σε φαινομενικά τακτοποιημένες καταστάσεις – η αύξηση της αταξίας που πιστεύουμε ότι πρέπει να έχει συμβεί κάπως κρυμμένη σε βαρυτικά πεδία. Έτσι το χάος θα μπορούσε να αυξηθεί ακόμα κι αν δεν το δούμε.

Δεδομένης όμως της τάσης της φύσης να προτιμά την αταξία, γιατί το σύμπαν ξεκίνησε σε μια τόσο τακτοποιημένη κατάσταση; Αυτό εξακολουθεί να θεωρείται μυστήριο. Μερικοί ερευνητές υποστηρίζουν ότι η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να μην ήταν καν η αρχή, ίσως να υπήρχε παράλληλα σύμπαντα όπου ο χρόνος κυλά σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Θα τελειώσει ο χρόνος;

Ο χρόνος είχε μια αρχή, αλλά το αν θα έχει ένα τέλος εξαρτάται από τη φύση του σκοτεινή ενέργεια γεγονός που την κάνει να επεκτείνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Ο ρυθμός αυτής της διαστολής μπορεί τελικά να σπάσει το σύμπαν, αναγκάζοντάς το να τελειώσει σε ένα μεγάλο δάκρυ. Εναλλακτικά, η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να διαλυθεί, ανατρέποντας το Big Bang και τελειώνοντας το σύμπαν σε μια μεγάλη κρίση. ή το σύμπαν μπορεί απλώς να επεκταθεί για πάντα.

READ  Οι παγετώνες λιώνουν πολύ πιο γρήγορα από το αναμενόμενο, σύμφωνα με τη μελέτη

Μήπως όμως κάποιο από αυτά τα μελλοντικά σενάρια θα τελείωνε με τον χρόνο; Λοιπόν, σύμφωνα με τους περίεργους κανόνες της κβαντομηχανικής, μικροσκοπικά τυχαία σωματίδια μπορούν να βγουν στιγμιαία από ένα κενό, κάτι που βλέπουμε συνεχώς στα πειράματα φυσικής σωματιδίων. Κάποιοι το υποστήριξαν σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε να προκαλέσει τέτοιες “κβαντικές διακυμάνσεις” γεννώντας μια νέα Μεγάλη Έκρηξη, τερματίζοντας το χρονοδιάγραμμά μας και ξεκινώντας ένα νέο. Ενώ αυτό είναι εξαιρετικά κερδοσκοπικό και πολύ απίθανο, αυτό που ξέρουμε είναι ότι είναι μόνο όταν εμείς κατανοούν τη σκοτεινή ενέργεια θα γνωρίζουμε την τύχη του σύμπαντος.

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

Thomas kitching, Λέκτορας Αστροφυσικής, UCL

Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε αρχικά στο Η συζήτησηΤο Διαβασέ το πρωτότυπο άρθροΤο

Συμπέρασμα: τι είναι χρόνος και γιατί προχωρά; Ο κοσμολόγος University College του Λονδίνου Thomas Kitching εξηγεί πώς δείχνει το βέλος του χρόνου στο μέλλον.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *