Kako gravitacija može objasniti zašto vrijeme ide samo naprijed?

Ne možemo zaustaviti vrijeme. Čak iu prometnoj gužvi kada se čini da vrijeme zamrzne i prestane. Ušteda svjetla po danu također ne pomaže, vrijeme neizbježno teži naprijed. Zašto ne natrag? Zašto se sjećamo prošlosti, a ne budućnosti? Fizičari vjeruju da se odgovor na ovo duboko i složeno pitanje možda skriva u gravitaciji dobro poznatoj svima nama..

Osnovni zakoni fizike uopće ne mare u kojem se smjeru kreće vrijeme. Na primjer, pravila koja reguliraju orbite planeta rade bez obzira na to da li se krećete naprijed ili natrag u vremenu. Pokrete u Sunčevom sustavu možete gledati obrnutim redoslijedom i izgledat će potpuno normalno, bez kršenja bilo kojeg fizičkog zakona. Ono što razlikuje budućnost od prošlosti?

"Problem strijele vremena uvijek je izazivao probleme ljudima", kaže Flavio Mercati s Instituta za teoretsku fiziku Perimetra u Waterloo, Kanada..

Većina ljudi koji razmišljaju o strelici vremena kažu da je određena entropijom, količinom konfuzije (kaosa) u sustavu, bilo da se radi o zdjeli kaše ili o svemiru. Prema drugom zakonu termodinamike, ukupna entropija zatvorenog sustava uvijek raste. Kako entropija raste, vrijeme se kreće u istom smjeru..

Kada se kocka leda u vašem čašu topi i razrjeđuje vaš viski i koks, na primjer, entropija raste. Kada razbijete jaje, entropija raste. Oba primjera su nepovratna: ne možete zamrznuti kocku leda u čaši s toplom kolom ili ponovno sakupiti jaje. Slijed događaja - i stoga vrijeme - kreće se samo u jednom smjeru..

Ako strelica vremena slijedi rast entropije, i ako entropija u Svemiru uvijek raste, onda je u nekom trenutku u prošlosti entropija trebala biti niska. Ovdje se rađa otajstvo: zašto je entropija Svemira bila niska u početku?

Prema Mercati i njegovim kolegama, nije bilo nikakvog posebnog početnog stanja. Umjesto toga, stanje koje je ukazivalo na vrijeme kretanja naprijed pojavilo se prirodno u svemiru pod diktatom gravitacije. Ovaj argument su otkrili znanstvenici u nedavno objavljenom radu u Physical Review Letters..

Da bi testirali svoje ideje, znanstvenici su modelirali svemir u obliku zbirke tisuća čestica koje međusobno djeluju jedino pomoću gravitacije i predstavljaju galaksije i zvijezde koje plutaju u svemiru..

Znanstvenici su otkrili da, bez obzira na početne položaje i brzine, u nekom trenutku, čestice se neizbježno nađu grupirane u kuglu prije nego što se ponovno rasprše. Ovaj se trenutak može nazvati ekvivalentnim Velikom prasku, kada se cijeli svemir skupi na beskonačno malu točku..

Umjesto upotrebe entropije, znanstvenici opisuju svoj sustav koristeći vrijednost koju sami nazivaju "složenost", definiranom kao grubi omjer udaljenosti između dvije čestice koje su udaljenije jedna od druge od ostalih između dvije najbliže čestice. , Kada se sve čestice drže zajedno, zaplet je na najnižoj vrijednosti..

Ključna ideja u svemu ovome, kako objašnjava Mercati, je sljedeća: ovaj trenutak najmanjeg ispreplitanja prirodno proizlazi iz skupine čestica koje gravitiraju interakcijom - nisu potrebni nikakvi posebni uvjeti. Zapletenost se povećava kako se čestice razilaze, što predstavlja i širenje Svemira i kretanje vremena ispred sebe..

Ako to nije dovoljno, događaji koji su se dogodili prije nego su čestice grupirane - to jest, prije Velikog praska - pomaknute su u drugom vremenskom smjeru. Ako izgubite događaje od ove točke natrag, čestice će se postupno raspršiti iz skupine. Kako preplitanje raste u suprotnom smjeru, ova druga strelica vremena također će ukazati na prošlost. Koji će, na temelju drugog vremenskog smjera, zapravo biti "budućnost" drugog svemira koji postoji na drugoj strani Velikog praska. Vrlo zbunjujuće, slažem se.

Ta je ideja slična onoj koju su prije 10 godina predložili fizičari Sean Carroll i Jennifer Chen s Kalifornijskog instituta za tehnologiju. Povezali su strelicu vremena s idejama koje opisuju inflaciju, oštru i brzu ekspanziju Svemira, koja se dogodila odmah nakon Velikog praska..

"Ono što je zanimljivo za ovu ideju je da je ona prilično logično povezana s nama", rekao je Carroll opisujući njezin rad primjenjiv na strelicu vremena. "Možda je razlog zbog kojeg se jučer sjećamo i ne sjećam se sutra, u uvjetima povezan s Velikim praskom.

Povezivanje smjera vremena s jednostavnim sustavom klasične fizike relativno je novo, kaže fizičar Steve Carlip sa Sveučilišta California, Davis. Novo u tome je napustiti entropiju u korist ideje zapletenosti. Problem entropije je da je definiran u smislu energije i temperature, koji se mjere vanjskim mehanizmom poput termometra. U slučaju svemira ne postoji vanjski mehanizam, pa vam je potrebna vrijednost koja se ne oslanja na bilo koju od mjernih jedinica. Nasuprot tome, konfuzija je bezdimenzionalan stav i ispunjava sve zahtjeve..

To ne znači da se entropija mora napustiti. Naše svakodnevno iskustvo - poput vaše hladne limunade - oslanja se na entropiju. Ali kada se razmatra pitanje vremena na kozmičkim ljestvicama, treba se koristiti pojam zapletanje, a ne entropija..

Jedno od glavnih ograničenja ovog modela je to što je izrađeno isključivo na temelju klasične fizike, potpuno ignorirajući kvantnu mehaniku. Niti uključuje Einsteinovu opću teoriju relativnosti. Ne postoji tamna energija ili bilo što drugo što je potrebno da bi se stvorio točan model svemira. No, istraživači razmišljaju o tome kako inkorporirati realističniju fiziku u model, što bi onda moglo omogućiti provođenje predvidivih predviđanja..

"Za mene je veliki problem to što postoji mnogo različitih fizičkih strelica vremena", kaže Carlip. Izravan smjer vremena najčešće se manifestira, potpuno bez povezivanja gravitacije. Na primjer, svjetlo se uvijek emitira iz svjetiljke - i nikada prema njoj. Radioaktivni izotopi raspadaju se u lakše atome, nikad obrnuto. Zašto onda strelica vremena, koja izlazi iz gravitacije, gura ostale strelice vremena u istom smjeru?

"Ovo je veliko pitanje koje ostaje otvoreno. Mislim, sve dok nitko nema dobar odgovor na ovo pitanje".