Κατά τη διάρκεια ενός διαλείμματος του 4ου συνεδρίου βαρύτητας στο Λονδίνο το 1965, ο A. Z. Petrov περπατούσε κατά μήκος του Τάμεση με τον V. A. Fock. Φοβούμενος ότι θα αργούσαν στην επανέναρξη του συνεδρίου, καθώς δεν είχε μαζί του ρολόι, ο Fock ρώτησε έναν τυχαίο περαστικό: “What is the time?” (αντί για “What time is it” – ο Fock δεν μιλούσε πολύ καλά αγγλικά). Ο περαστικός απάντησε συμπονετικά: «Ξέρετε, κι εγώ αυτό σκέφτομαι συνεχώς». Τελικά, αποδείχθηκε ότι ο περαστικός ήταν ένας γνωστός θεωρητικός φυσικός που συμμετείχε στο ίδιο συνέδριο βαρύτητας.

Τι ακριβώς είναι ο χρόνος; Είναι αμείλικτος, περνάει είτε το θέλουμε είτε όχι. Είναι το πιο πολύτιμο πράγμα από όλα. Ποτέ δεν μας φτάνει. Κυλάει σαν ένα πλατύ ποτάμι μέσα από τα δάχτυλά μας και δεν επιστρέφει ποτέ. Πέρα από τα ποιητικά λόγια, ο χρόνος είναι μια πραγματικότητα. Είναι το σκηνικό πάνω στο οποίο ξεδιπλώνονται οι ζωές μας. Είναι αυτό που μεταμορφώνει το χθες σε αύριο.
Όμως, παρότι βρίσκεται στον πυρήνα όλων των θεωριών της φυσικής, η πλήρης κατανόησή του παραμένει ασαφής. Είναι πολύ δύσκολο να διατυπωθεί ένας επιστημονικός ορισμός του χρόνου. Στο βίντεο (ή στη σύνοψη) που ακολουθεί ο Don Lincoln μας εξηγεί τι γνωρίζει η φυσική για τον χρόνο:

Ο χρόνος βρίσκεται παντού σε όλα τα εγχειρίδια φυσικής. Αποτελεί τη βάση των νόμων της κίνησης, με τους οποίους υπολογίζουμε τη θέση, την ταχύτητα και την επιτάχυνση ενός αντικειμένου ως συνάρτηση του χρόνου. Αλλά αυτό που δεν θα βρείτε σε κανένα εγχειρίδιο είναι ένας αυστηρός ορισμός του τι είναι ο χρόνος.

Αυτό ακούγεται κάπως περίεργα. Δεν θα έπρεπε μια τόσο κεντρική παράμετρος της φυσικής να ορίζεται αυστηρά και κατηγορηματικά; Θα μπορούσε κάποιος να υποστηρίξει ότι η προέλευση της επίσημης κατανόησής μας για τον χρόνο μπορεί να βρεθεί στα γραπτά του Ισαάκ Νεύτωνα. Ο οποίος πίστευε στον απόλυτο χρόνο, ο οποίος υπάρχει ανεξάρτητα από οποιονδήποτε παρατηρητή και εξελίσσεται με σταθερό ρυθμό παντού σε όλο το σύμπαν. Ήταν η διαδοχή των γεγονότων μέσα στον χώρο.

Μια ώρα στη Γη είναι η ίδια με μια ώρα στον γαλαξία της Ανδρομέδας και το τώρα μας είναι το ίδιο τώρα που βιώνει ο εξωγήινος της Ανδρομέδας. Αυτή η πολύ διαισθητική κατανόηση ανατράπηκε το 1905 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Έδειξε ότι ο χρόνος είναι σχετικός – ότι διαφορετικοί παρατηρητές, αυτοί που κινούνται σχετικά ο ένας ως προς τον άλλον, βιώνουν τον χρόνο διαφορετικά. Αυτή είναι η βάση της διαστολής του χρόνου.

Υπάρχει μια απλή επίδειξη της σχετικότητας του χρόνου σύμφωνα με τον Αϊνστάιν. Ας υποθέσουμε ότι βρίσκεστε σε ένα μεγάλο τρένο, με μια πηγή φωτός στο κέντρο του. Αν βρίσκεστε μέσα στο τρένο, το φως θα αναβοσβήσει και η λάμψη θα φτάσει τα άκρα του τρένου (μπρος και πίσω) ταυτόχρονα. Τώρα, ας υποθέσουμε ότι στέκεστε έξω από το τρένο, στην αποβάθρα, και βλέπετε το τρένο να κινείται. Το φως αναβοσβήνει πάλι στο κέντρο του τρένου. Το φως κινείται με την πεπερασμένη ταχύτητά του, 300.000 km/sec. Το πίσω μέρος του τρένου κινείται προς το σημείο λάμψης και το μπροστινό μέρος απομακρύνεται. Έτσι, σύμφωνα με τον παρατηρητή της αποβάθρας το φως φτάνει στο πίσω μέρος του τρένου, πριν φτάσει στο μπροστινό μέρος. Αυτό προκύπτει εξαιτίας του αξιώματος του Αϊνστάιν, σύμφωνα με το οποίο η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια για όλους τους παρατηρητές. Το εν λόγω αξίωμα έχει αποδειχθεί πειραματικά πάρα πολλές φορές. Και δείχνει κάτι εξαιρετικά σημαντικό. Ότι ο χρόνος δεν είναι ο ίδιος για όλους τους παρατηρητές.

Ενώ για τον πρώτο παρατηρητή η άφιξη του φωτός στο μπροστά και πίσω μέρος του τρένου έγινε ταυτόχρονα, για τον δεύτερο δεν ισχύει το ίδιο. Κι αυτό μπορεί να είναι κάπως τρελό, αλλά μας δείχνει ξεκάθαρα ότι ο χρόνος είναι πιο περίπλοκος από ότι νομίζαμε. Η λύση βρίσκεται στις εξισώσεις του Αϊνστάιν, οι οποίες δείχνουν ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι βασικά το ίδιο πράγμα. Πολύ περίεργο! Πέρα από τις παραδοξότητες της σχετικότητας, υπάρχει ένα άλλο χαρακτηριστικό του χρόνου που είναι ακόμα πιο περίεργο. Ο χρόνος έχει μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Το παρελθόν είναι το παρελθόν, αμετάβλητο. Το μέλλον δεν έχει συμβεί ακόμα. Και το τώρα είναι η τομή του παρελθόντος με το μέλλον – είναι η στιγμή που αλλάζει το παρελθόν σε μέλλον. Μπορούμε να προχωρήσουμε μπροστά στον χρόνο, αλλά όχι πίσω. Αυτό φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με τον ισχυρισμό του Αϊνστάιν ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι αναμεμειγμένοι. Άλλωστε, μπορείτε να προχωρήσετε μπροστά και πίσω στον χώρο. Γιατί όχι και στον χρόνο;

Πράγματι, όταν εξετάζετε τους νόμους της φύσης σε απλά συστήματα, φαίνεται ότι ο χρόνος μπορεί να κυλήσει προς τα εμπρός ή προς τα πίσω. Μπορείτε να το δείτε στις εξισώσεις, αλλά είναι πιο εύκολο να το δείτε όταν μια ελαστική μπάλα ανακλάται σ’ έναν τοίχο. Μοιάζει με κάτι φυσιολογικό αν ο χρόνος κινείται προς μία κατεύθυνση, αλλά αν βιντεοσκοπήσετε το φαινόμενο και γυρίσετε το βίντεο προς τα πίσω, θα φαίνεται το ίδιο. Κανένα πρόβλημα με αυτό. Η κατάσταση είναι διαφορετική σε πιο σύνθετα σενάρια. Για παράδειγμα, αν δείτε μια ταινία με κάποιον που κάνει ένα σπάσιμο σε ένα τραπέζι αμερικάνικου μπιλιάρδου και στη συνέχεια την αντιστρέψετε, μπορείτε πολύ εύκολα να καταλάβετε πότε η ταινία προβάλλεται προς τα εμπρός στο χρόνο και πότε προς τα πίσω. Ενώ η σύγκρουση κάθε μπάλας είναι ίδια με την απλή περίπτωση που εξετάσαμε πριν, όταν εξετάζουμε πολλές μπάλες μαζί, η κατεύθυνση του χρόνου είναι εύκολο να διακριθεί. Το ίδιο ισχύει αν αφήσετε ένα αυγό να πέσει στο πάτωμα. Το αυγό πέφτει και σπάει, κάτι που φαίνεται απολύτως λογικό.

Αλλά αν γυρίσουμε την ταινία προς τα πίσω, είναι προφανές πως μας πάει πίσω στον χρόνο. Αυτό είναι κάπως μυστηριώδες. Ο Αϊνστάιν λέει ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι το ίδιο, κάτι που υπονοεί ότι θα έπρεπε να μπορούμε να κινούμαστε προς τα πίσω στον χρόνο, όπως ακριβώς μπορούμε να κινούμαστε προς τα πίσω στον χώρο. Κι αν πάρουμε ένα αρκετά απλό σύστημα φυσικής, οι ταινίες προς τα πίσω και προς τα εμπρός φαίνονται απολύτως λογικές. Τι συμβαίνει λοιπόν όταν εξετάζουμε πιο περίπλοκα συστήματα; Οι φυσικοί έχουν εισάγει την έννοια της «εντροπίας» , που είναι σημαντική στην απάντηση αυτού του ερωτήματος. Οι άνθρωποι συχνά θεωρούν την εντροπία ως μέτρο αταξίας, αλλά αυτό μπορεί να είναι λίγο παραπλανητικό.

Η εντροπία είναι στην πραγματικότητα ένας τρόπος μέτρησης του αριθμού των τρόπων με τους οποίους μια συλλογή αντικειμένων μπορεί να αναδιαταχθεί, με τρόπους που δεν φαίνονται διαφορετικοί όταν κάνουμε ένα βήμα πίσω και κοιτάμε τη συνολική εικόνα. Για παράδειγμα, το δωμάτιο στο οποίο βρίσκομαι είναι γεμάτο με μόρια αέρα. Μπορεί να υπάρχουν πάρα πολλά μόρια αέρα – περίπου 10²⁶ μόρια-, αλλά δεν έχει μεγάλη σημασία ποια μόρια βρίσκονται πού.

Ο αέρας που αναπνέω δεν ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για τις λεπτομερείς θέσεις οποιουδήποτε συγκεκριμένου μορίου. Υπάρχει μια φυσική αρχή, που ονομάζεται Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής, η οποία λέει ότι σε ένα απομονωμένο σύστημα, η εντροπία θα αυξάνεται πάντα ή σπανίως, θα παραμένει η ίδια. Εδώ έρχεται η ιδέα της αταξίας. Πάρτε ένα σωρό από ρούχα. Υπάρχει μόνο ένας, ή το πολύ, μερικοί τρόποι να τα τοποθετείτε τακτοποιημένα στο κρεβάτι. Ωστόσο, υπάρχουν πάρα πολλοί διαφορετικοί τρόποι να πετάξετε τα ρούχα στο δωμάτιο και όλα να καταλήξουν σε ένα χάος. Η ιδέα της κατεύθυνσης του χρόνου φαίνεται να συνδέεται με τον ισχυρισμό ότι η εντροπία αυξάνεται. Τα αυγά σπάνε, αλλά δεν επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση.

Οι «ακαταστασίες» τείνουν να χειροτερεύουν. Το βέλος του χρόνου τείνει προς την αύξηση της ακαταστασίας. Τώρα, πριν επισημάνετε ότι μπορείτε να (επανα)τακτοποιήσετε το δωμάτιο, σκεφτείτε ότι αυτό συμβαίνει μόνο αν καταναλώσετε ενέργεια. Πρέπει να δράσετε και να κινηθείτε για να το συμαζέψετε. Κι αυτό απαιτεί να καταναλώσετε θερμίδες, που τις εξασφαλίσατε τρώγοντας, … κι αν πάμε αρκετά πίσω στην τροφική αλυσίδα … θα φτάσουμε στον ήλιο και το ηλιακό φως που φτάνει στη Γη. Αυτή η συνεχής εισροή ενέργειας σημαίνει ότι το δωμάτιό σας δεν είναι ένα απομονωμένο σύστημα. Τι σημαίνει λοιπόν αυτό για τον χρόνο; Σημαίνει ότι ο χρόνος είναι μυστηριώδης. Είναι διαφορετικός για διαφορετικούς παρατηρητές, κι ενώ οι νόμοι της φυσικής επιτρέπουν στον χρόνο να κινείται προς τα εμπρός και προς τα πίσω σε απλά συστήματα, σε περίπλοκα συστήματα, η τάση που επικρατεί είναι να αυξάνεται η εντροπία. Όλα αυτά «δουλεύουν» αν η εντροπία του αρχέγονου σύμπαντος ήταν ασυνήθιστα χαμηλή. Δεν είναι καθόλου προφανές γιατί η εντροπία του αρχέγονου σύμπαντος ήταν τόσο μικρή. Είναι στην πραγματικότητα ένα αναπάντητο ερώτημα της φυσικής.

Για πολύ καιρό, η κατανόηση του φυσικού κόσμου ήταν κάτι που έκαναν οι φιλόσοφοι. Πράγματι, ο πρώιμος όρος για την επιστήμη ήταν η φυσική φιλοσοφία, αλλά αυτές οι μέρες έχουν περάσει προ πολλού. Οι επιστήμονες κατανοούν την συμπεριφορά της φύσης καλύτερα από ότι οι φιλόσοφοι. Αλλά το θέμα του χρόνου παραμένει ένα μυστήριο, κολλημένο σε αυτό το κενό μεταξύ των κόσμων της φιλοσοφίας και της φυσικής, γεγονός που το καθιστά διασκεδαστικό να το σκεφτόμαστε. Μια μέρα, μπορεί να κατανοήσουμε πλήρως τη φύση του χρόνου, πράγμα που σημαίνει ότι κι αυτό το ζήτημα θα έχει περάσει πλήρως από τη φιλοσοφία στη φυσική. Aποδεικνύοντας ότι όλα είναι Φυσική.

Κατηγορίες:ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ, ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ, ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ, ΦΥΣΙΚΗ

Ετικέτες: Don Lincoln, ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΧΡΟΝΟΥ, ΕΝΤΡΟΠΙΑ, ΧΡΟΝΟΣ, PHYSICS