Ako môže gravitácia vysvetliť, prečo čas ide len dopredu?

Nemôžeme zastaviť čas. Dokonca aj v dopravnej zápche, keď sa zdá, že čas zamrzne a zastaví sa. Úspora svetla vo dne tiež nepomôže, čas nevyhnutne usiluje dopredu. Prečo nie? Prečo si pamätáme minulosť, nie budúcnosť? Fyzici sa domnievajú, že odpoveď na túto hlbokú a komplexnú otázku sa môže skrýva v gravitácii, ktorá je pre nás všetkých známa..

Základné zákony fyziky sa vôbec nestarajú o to, ktorým smerom sa čas pohybuje. Napríklad pravidlá, ktoré regulujú obežné dráhy planét, fungujú bez ohľadu na to, či sa pohybujete vpred alebo vzad v čase. Môžete vidieť pohyby v slnečnej sústave v opačnom poradí a budú vyzerať úplne normálne, bez porušenia akéhokoľvek fyzického zákona. Čo odlišuje budúcnosť od minulosti?

"Problém šípky času vždy trápil ľudí," hovorí Flavio Mercati z Perimeter Institute for Teoretická fyzika vo Waterloo v Kanade..

Väčšina ľudí, ktorí si myslia, že šípka času hovorí, že je určená entropiou, množstvom zmätku (chaosu) v systéme, či už je to misa kaše alebo vesmíru. Podľa druhého zákona termodynamiky rastie celková entropia uzavretého systému. Ako entropia rastie, čas sa pohybuje rovnakým smerom..

Keď sa kocka ľadu v skle roztaví a rozriedi napríklad whisky a koks, entropia rastie. Keď rozbijete vajíčko, entropia rastie. Oba príklady sú nezvratné: nemôžete zmraziť kocku ľadu v pohári s teplou colou alebo znovu zbierať vajcia. Sled udalostí - a teda aj času - sa pohybuje len jedným smerom..

Ak šípka času sleduje rast entropie, a ak entropia vo vesmíre vždy rastie, potom v určitom bode v minulosti mala byť entropia nízka. Tu sa rodí tajomstvo: prečo bola entropia vesmíru na začiatku nízka?

Podľa Mercatiho a jeho kolegov nebol vôbec žiadny počiatočný stav. Namiesto toho sa štát, ktorý naznačil čas pohybu dopredu, objavil prirodzene vo vesmíre pod diktovaním gravitácie. Tento argument odhalili vedci v nedávno publikovanej publikácii v časopise Physical Review Letters..

Ak chcete otestovať svoje nápady, vedci modelovali vesmír vo forme zbierky tisícov častíc, ktoré spolu vzájomne pôsobia iba gravitáciou a predstavujú galaxie a hviezdy plávajúce v priestore..

Vedci zistili, že bez ohľadu na východiskové pozície a rýchlosti, v určitom bode, častice sa nevyhnutne ocitnú zoskupené do gule predtým, než sa opäť rozptýlia. Tento moment možno nazvať ekvivalentom Veľkého tresku, keď sa celý vesmír zmenší na nekonečne malý bod..

Namiesto používania entropie vedci opisujú svoj systém pomocou hodnoty, ktorú sami nazývajú „zložitosť“, definovanej ako hrubý pomer vzdialenosti medzi dvoma časticami, ktoré sú od seba vzdialené, ako zvyšok medzi dvoma najbližšími časticami. , Keď sa všetky častice zlepia, zapletenie je na svojej najnižšej hodnote..

Kľúčovou myšlienkou v tomto všetkom, ako vysvetľuje Mercati, je toto: tento okamih najmenšieho zapletenia vzniká prirodzene zo skupiny gravitačne interagujúcich častíc - nevyžadujú sa žiadne zvláštne podmienky. Zapletanie sa zvyšuje, keď sa častice rozchádzajú, čo predstavuje expanziu vesmíru a pohyb času dopredu..

Ak to nestačí, udalosti, ktoré sa odohrali pred zoskupením častíc - to znamená pred Veľkým treskom - sa posunuli v druhom časovom smere. Ak stratíte udalosti od tohto bodu späť, častice sa budú postupne rozptyľovať z klastra. Ako zapletanie rastie v tomto opačnom smere, táto druhá šípka času tiež ukáže na minulosť. Ktorý na základe druhého časového smeru bude v skutočnosti „budúcnosťou“ iného vesmíru, ktorý existuje na druhej strane Veľkého tresku. Veľmi mätúce, súhlasím.

Táto myšlienka je podobná tej, ktorú navrhli pred 10 rokmi fyzici Sean Carroll a Jennifer Chen z Kalifornského technologického inštitútu. Spojili šípku času s myšlienkami opisujúcimi infláciu, prudkou a rýchlou expanziou vesmíru, ku ktorej došlo bezprostredne po Veľkom tresku..

„Na tejto myšlienke je zaujímavé, že je s nami celkom logicky prepojená,“ povedal Carroll a opísal jej prácu, ktorá je použiteľná v čase. súvisiace s Veľkým treskom.

Spojenie smeru času s jednoduchým systémom klasickej fyziky je relatívne nové, hovorí fyzik Steve Carlip z University of California, Davis. Novinkou v tomto je opustenie entropie v prospech myšlienky zapletenia. Problém entropie spočíva v tom, že je definovaný z hľadiska energie a teploty, ktoré sú merané vonkajším mechanizmom ako teplomer. V prípade vesmíru neexistuje žiadny externý mechanizmus, takže potrebujete hodnotu, ktorá sa nespolieha na žiadnu z jednotiek merania. Naopak, zmätok je bezrozmerný postoj a spĺňa všetky požiadavky..

To neznamená, že entropia sa musí úplne opustiť. Naša každodenná skúsenosť - ako vaša chladná limonáda - sa spolieha na entropiu. Keď však uvažujeme o otázke času na kozmickom meradle, mal by sa používať termín zapletenia, nie entropia..

Jedným z hlavných obmedzení tohto modelu je, že sa vyrába výlučne na základe klasickej fyziky, pričom úplne ignoruje kvantovú mechaniku. Nezahŕňa ani Einsteinovu všeobecnú teóriu relativity. Neexistuje žiadna temná energia ani nič iné, čo je potrebné na vytvorenie presného modelu vesmíru. Výskumníci však premýšľajú o tom, ako začleniť do modelu realistickejšiu fyziku, ktorá by potom umožnila overiteľné predpovede..

"Pre mňa je veľkým problémom, že existuje veľa rôznych fyzických šípov času," hovorí Carlip. Priame smerovanie času sa najčastejšie prejavuje úplne bez spojovacej gravitácie. Napríklad, svetlo je vždy vyžarované z lampy - a nikdy smerom k nemu. Rádioaktívne izotopy sa rozpadajú na ľahšie atómy, nikdy naopak. Prečo teda šípka času, vychádzajúca z gravitácie, tlačí iné šípky času v rovnakom smere?

"Toto je veľká otázka, ktorá zostáva otvorená. Myslím si, že kým na túto otázku nikto nemá dobrú odpoveď".