Eðlisfræðingar vilja drepa tímann

Ef við skiljum tímann, þá skiljum við allt. Tíminn er lykillinn að helstu leyndardómum alheims – en sumir vísindamenn telja fyrsta skrefið felast í því að viðurkenna að tíminn er alls ekki til.

BIRT: 15/01/2022

LESTÍMI:

6 mínútur
Share on facebook

Egg liggur brotið á gólfinu. Allt í einu fara blóminn, hvítan og eggjaskurnin að safna sér saman. Blóminn endurheimtir sitt hringlaga form, hvítan fer utan um hann og brotin eggjaskurnin raðar sér síðan í fyrri heild.

 

Þetta hljómar furðulega því allir vita sem er að ekki er hægt að láta brotið egg verða heilt á ný.

 

Það er jú vegna þess að tíminn gengur í eina átt – fram á við. En þarf sú að vera raunin?

 

Ekki nauðsynlega, hljómar svarið hjá eðlisfræðingnum Carlo Rovelli.

 

Sé horft til helstu grunnþátta náttúrulögmála og fyrirbæra þá getum við leitað án árangurs eftir tímanum. Fyrir minnstu agnirnar getur fram á við og aftur á bak verið sama fyrirbærið.

 

Og þá væri kannski hægt að safna brotnu eggi saman á ný.

Eindir skynja ekki tíma

Tíminn líður og hann gengur alltaf í sömu átt – ætlum við. En fyrir eðlisfræðinginn Carlo Rovelli er tíminn ekki grunnstærð. Þess í stað kviknar hann vegna takmarkaðrar skynjunar okkar á heiminum.

1. Allt stefnir í meiri óreiðu

Klasi af öreindum – eins og þeim sem mynda egg – mun líklegar stefna að aukinni óreiðu, svonefndri hrörnun, heldur en í minni óreiðu. Því er hægt að brjóta egg en ekki að raða því saman á ný.

2. Óreiða fyrirfinnst ekki meðal atóma

Lögmálið um óreiðu á einungis við um stærri hluti. Öllum öreindum í eggi er slétt sama hvort eggið er brotið eða heilt. Fyrir öreindirnar er alveg jafn líklegt að atburðir þróist á einn veg eða annan.

3. Tíminn er ekki grunnþáttur

Þar sem tíminn gegnir ekki neinu hlutverki hjá öreindum, telur Carlo Rovelli að það beri að þurrka hann úr öllum lögmálum eðlisfræðinnar. Alheimur Rovellis samanstendur af neti atburða sem er ekki skipað í tíma.

Framtíðin er líkleg

Nú á dögum reyna kennilegir eðlisfræðingar að nálgast tímann á óhefðbundinn máta.

 

Þrátt fyrir að gangur tímans sé okkur öllum ljós eru eðlisfræðingar eins og hinn ítalski Carlo Rovelli sannfærðir um að tíminn sé í grunninn tálsýn.

 

Rovelli er einungis einn af mörgum sem hafa reynt að öðlast betra tak á tímanum. Einn þeirra var hinn merkilegi austurríski eðlisfræðingur Ludwig Boltzmann.

 

Hann færði okkur árið 1877 aðeins betri skýringar á því hvað það er sem greinir í sundur fortíð, nútíð og framtíð þegar hann fann upp jöfnu um hrörnun – birtingarform aukinnar óreiðu.

 

Við mælum ekki aðeins hreyfingu með tíma, heldur líka tíma með hreyfingu, því þau skilgreina hvert annað.

Aristóteles – Heimspekingur

 

Þar sem við færumst ætíð frá fortíð til framtíðar, sem dæmi frá heilu yfir í brotið egg en ekki öfugt, verður það til þess að hrörnunin eykst alltaf.

 

Sú er raunin vegna þess að það eru ómældir hættir á því hvernig sameindir eggsins dreifast þegar egg brotnar heldur en þegar sameindirnar eru í reglubundinni skipan í heilu eggi.

 

Það eru þannig miklu meiri líkur á því að eggið sé brotið á margvíslegan máta heldur en að það sé heilt.

 

Þegar tíminn líður er skiljanlegt að atburðir gerist í tímaröð þar sem hið ólíklega – að eggið sé heilt – sé fylgt eftir með hinu líklega – að eggið sé brotið. Fræðilega er ekki ómögulegt að eggið geti safnast saman á ný og svifið upp á borðið – það er bara ákaflega ólíklegt.

 

 

Kenning Boltzmanns um hrörnun greinir ekki frá því hvers konar grunnstærð tíminn er í raun heldur einungis í hvaða átt hann virðist stefna.

 

Þar er gengið út frá því að alheimur hafi byrjað í ótrúlegu skipulagi og á næstu milljörðum ára hafi ástand hans orðið æ óreiðukenndara.

 

Og síðan þurfa fræðimenn að kljást við eina takmörkun: Þetta á einungis við um fyrirbæri sem eru samsett úr fjölmörgum frumeindum.

 

Ef vísindamenn horfa þess í stað á einstakar frumeindir hverja fyrir sig er engin ákjósanleg stefna fyrir tímann. Hann gæti allt eins gengið í hvaða átt sem er.

 

Einstein þurrkaði út núið


Kenning Boltzmanns veitir okkur ekki í grunninn skýringu á tíma. Slík skýring krefst kenningar sem getur ekki aðeins rúmað okkar upplifun á gangi tímans og stefnu heldur einnig tímanum sem fjórðu víddarinnar.

 

Árið 1905 komst eðlisfræðingurinn Albert Einstein að þeirri niðurstöðu að tíminn gangi ekki í föstum takti hvarvetna í alheimi.

 

Með takmörkuðu afstæðiskenningu sinni sýndi Einstein að gangur tíma ræðst af hraða fyrirbæra og því munu tvær klukkur ekki slá í takt ef önnur þeirra hreyfist hraðar en hin.

 

Tíminn er þannig önnur vídd sem allir fara ekki jafn hratt í gegnum.

Fyrir okkur sannfærða eðlisfræðinga eru skilin á milli fortíðar, nútíðar og framtíðar aðeins sjónhverfing og harla sannfærandi sem slík.

Albert Einstein – Eðlisfræðingur

 

Og árið 1915 komst Einstein að því að það er ekki einungis munur á hraða sem fær klukkurnar til að ganga ekki í takt. Með almennu afstæðiskenningu sinni samtengdi hann tíma og rúm og útskýrði þyngdaraflið sem sveigju í tímarúminu.

 

Allt efni í alheimi verkar bæði á tímann og rúmið í kringum sig og því nær sem þú ert einhverju þungu fyrirbæri þess hægar gengur tíminn.

 

Þar sem tíminn er sveigjanlegur getum við ekki lengur verið sammála um eitt “nú” og fyrir vikið höfum við engan sameiginlegan skilning á því hvað er fortíð og framtíð.

 

Kenningin er algerlega á skjön við innsæi okkar en ótal tilraunir hafa staðfest hana.

Einstein sveigði tímann

Newton hafnaði hugmyndum Forngrikkja og gerði tímann einsleitan og taktfastan. En byltingarkenndar kenningar Einsteins sveigðu tímann þannig að hann varð óþekkjanlegur.

Aristóteles einblíndi á hreyfingu

Aristóteles (384-322 f.Kr.) taldi tímann ráðast af breytingum. Án hreyfingar og breytinga væri heldur ekki til neinn tími. Tímann má mæla með því að telja fjölda breytinga en að sama skapi er hann samfelldur.

Newton taldi tímann hinn sama alls staðar

Isaac Newton (1643-1727) taldi tímann ganga í föstum takti hvarvetna í alheimi. Gangur tímans er óháður því hver mælir hann, hvað gerist og hvar það gerist. Þó að allt myndi hverfa, myndi tíminn halda göngu sinni ótrauður áfram.

Einstein teygir út tímann

Albert Einstein (1879-1955) ályktar að tíminn gangi ekki eins fyrir alla. Tími og rúm eru samhangandi og má sveigja og teygja. Gangur tímans ræðst af hraða og fjarlægð til fyrirbæra. Kenning hans hefur oft verið staðfest.

Ný kenning án tímans

Ein afleiðing af kenningu Einsteins er sú að tíminn er ekki línulegur heldur afstæður og sveigjanlegur. Carlo Rovelli gengur öllu lengra í sinni fræðimennsku. Hann vinnur að kenningu sem samþættar afstæðiskenningu Einsteins við skammtafræðina þannig að tíminn kemur þar ekki við sögu.

 

Í skammtafræðinni hefur náttúran tilhneigingu til að verða skipt upp í litla afmarkaða hluta. Rovelli er sannfærður um að það eigi einnig við um sjálft rúmið.

 

Í kenningu sem kallast lykkjuþyngdarfræði (e. loop quantum gravity) samanstendur rúmið af endanlega agnarsmáum lykkjum – hver um 10-35 metrar – sem eru ofnar saman í afar fínkornuðu neti „rúmkorna“. Minni stærðir eru einfaldlega ekki til í þessari kenningu.

 

Í kenningu Rovellis er hvorki rúm né tími grunnstærð heldur þess í stað eitthvað sem er afleiðing af venslum milli rúmkornanna. Það er engin fortíð eða framtíð, heldur einungis agnarsmáar stærðir sem þróast í tengslum hver við aðra.

Eðlisfræðingurinn Carlo Rovelli telur ekki tímann fyrirfinnast í grunnþáttum alheims.

Tíminn er ekki til í raun. Í stað þess er að finna atburði – líkum þeim sem gríski heimspekingurinn Aristóteles upphugsaði þegar hann sagði að tími sé aðeins til sem mæling á breytingum, enda myndi tíminn ekki líða ef ekkert gerist.

 

Þegar við engu að síður upplifum fastan gang tímans og erum viss um stefnu hans, stafar það samkvæmt Rovelli af takmörkuðu sjónarhorni okkar og þekkingu á mismunandi ástandi alheims.

 

Við víxlverkum einungis með litlum hluta af heiminum og því þurfum við ekki að hafa áhyggjur af sveigjanlegum tíma afstæðiskenningarinnar og við sjáum heldur ekki það agnarsmáa netverk af atburðum í undirliggjandi raunveruleika skammtafræðinnar.

 

Ef við vissum samhengið milli allra atburða í alheimi værum við ofar tímanum. En í hinu grófkornótta heimi virðist tíminn ganga fram á við, þrátt fyrir að hann sé ekki til í þeim eðlisfræðilögmálum sem lýsa alheimi á allra veigamesta grunni hans.

 

Tíminn er hornsteinn tilverunnar

Ekki eru allir sammála Rovelli, t.d. telur eðlisfræðingurinn Lee Smolin að þvert á móti sé tíminn hornsteinn tilverunnar. Allt annað í alheimi, þar með talið sjálft rúmið og öll eðlisfræðileg lögmál, er sprottið frá tímanum.

 

Smolin hikar ekki við að kalla spurninguna um eðli tímans þá mikilvægustu í kennilegri eðlisfræði – og þrátt fyrir að eðlisfræðingar séu ekki sammála um hvað tími sé hafa þeir ekki grafið sig hver niður í sína skotgröf.

 

Þess í stað skiptast þeir á hugmyndum í sameiginlegri viðleitni til að skapa alltumlykjandi eðlisfræði sem einnig útskýrir tímann.

 

Þeir eru sammála um að betri skilningur á tímanum skipti sköpum ef okkur á að takast að koma fram með kenningu um allt. Hvort í alheimi sé að finna eitthvert slíkt klukkuverk verður tíminn að leiða í ljós.

BIRT: 15/01/2022

HÖFUNDARÉTTUR MYNDA: Shutterstock, © Massimiliano Donati/Alamy/ImageSelect, © Ludovisi Collection, © Isaac Newton Institute, © Ken Ikeda Madsen/Shutterstock

vinsælustu greinarnar

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu með áskrifandi að blaðinu?

Áskrifendur geta fengið áskrift af vefnum hér

FÁÐU AÐGANG AÐ VÍSINDI.IS

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is