Predstavte si, že čas beží dozadu. Ľudia budú rásť mladší, nie starší a po dlhom živote postupného omladzovania - zabudnutím na všetko, čo vedia - zomrú ako bábätká. Podobný čas sme pozorovali v hrdinovi románu Františka Fitzgeralda „Tajomný príbeh Benjamina Buttona“. Prekvapivo je však smer času problémom, ktorým čelia kozmológovia.
Prečo sa teda čas vždy posúva ďalej? Bude to tak vždy?
Má čas začiatok?
Akýkoľvek univerzálny pojem času musí byť v konečnom dôsledku založený na vývoji samotného vesmíru. Keď sa pozriete na vesmír, vidíte udalosti, ktoré sa stali v minulosti - vyžaduje sa, aby sa k nám dostalo svetlo hviezd. V skutočnosti nám aj najjednoduchšie pozorovanie môže pomôcť pochopiť kozmologický čas: napríklad skutočnosť, že nočná obloha je temná. Keby mal vesmír nekonečnú minulosť a bol nekonečne rozsiahly, nočná obloha by bola úplne jasná - naplnená svetlom nekonečného počtu hviezd vo vesmíre, ktorý vždy existoval.
Vedci vrátane Alberta Einsteina si dlho mysleli, že vesmír je statický a nekonečný. Pozorovania odvtedy ukázali, že sa v skutočnosti rozširuje a zrýchľuje. To znamená, že musí pochádzať z kompaktnejšieho stavu, ktorý nazývame Veľký tresk, čo znamená, že čas má začiatok. V skutočnosti, ak hľadáme dostatočne staré svetlo, mohli by sme dokonca vidieť reliktné žiarenie z Veľkého tresku - kozmického mikrovlnného pozadia. Táto realizácia bola prvým krokom pri určovaní veku vesmíru.
Ale je tu háčik, Einsteinova špeciálna teória relativity ukazuje, že čas je relatívny: čím rýchlejšie sa pohybujete voči svojmu priateľovi, tým pomalší bude pre vás jeho vnímanie času. Takže v našom vesmíre rozširujúcich sa galaxií, rotujúcich hviezd a rotujúcich planét sa skúsenosť času mení: celá minulosť, prítomnosť a budúcnosť sú relatívne.
Existuje univerzálny čas?
Propagačné video:
Ukazuje sa, že keďže vesmír je všade v priemere rovnaký a vo všetkých smeroch vyzerá rovnako, je „kozmický čas“. Aby sme to mohli zmerať, musíme iba zmerať vlastnosti kozmického mikrovlnného pozadia. Kozmológovia to použili na určenie veku vesmíru; jeho vesmírny vek. Ukazuje sa, že vesmír je starý 13,799 miliárd rokov.
Šípka času
Takže vieme, že čas pravdepodobne začal počas Veľkého tresku. Zostáva však jedna otázka: čo je čas?
Aby sme našli odpoveď, musíme sa pozrieť na základné vlastnosti priestoru a času. V dimenzii priestoru sa môžete pohybovať tam a späť; cestujúci to zažívajú každý deň. Ale čas je iný, má smer, vždy sa pohnete vpred a nie naopak. Prečo je teda meranie času nezvratné? Toto je jeden z hlavných nevyriešených problémov fyziky.
Aby sme vysvetlili, prečo je čas sám nezvratný, musíme nájsť procesy v prírode, ktoré sú tiež nezvratné. Jedným z mála takýchto konceptov vo fyzike (a živote!) Je to, že sa veci postupom času menej „upravujú“. Opisujeme to pomocou fyzickej vlastnosti nazývanej entropia, ktorá predstavuje niečo, čo je objednané.
Predstavte si krabicu plynu, v ktorej boli všetky častice spočiatku umiestnené v jednom rohu (usporiadaný stav). V priebehu času budú mať prirodzene tendenciu zaplniť celú škatuľu (neusporiadaný stav) a na návrat častíc do usporiadaného stavu je potrebná energia. Je to nezvratné Je to ako rozbiť vajíčko na omeletu - akonáhle sa rozloží a naplní panvicu, nikdy sa nevráti do tvaru vajíčka. S vesmírom to isté platí: s vývojom sa zvyšuje celková entropia.
Ukazuje sa, že entropia je celkom dobrý spôsob, ako vysvetliť šípku času. A hoci sa vesmír môže javiť ako viac usporiadaný, nie menej - pohybujúc sa od divočného mora s relatívne rovnomerne rozloženým horúcim plynom v jeho raných fázach k hviezdam, planétam, ľuďom a článkom o čase - je stále možné, že sa rozpadá. Je to tak preto, že gravitácia spojená s veľkými masami môže vtiahnuť hmotu do zdanlivo usporiadaných stavov - s narastajúcou poruchou, o ktorej si myslíme, že by sa mala vyskytnúť, je nejako skrytá v gravitačných poliach. Porucha teda môže rásť, aj keď ju nevidíme.
Ale vzhľadom na tendenciu prírody uprednostňovať nepokoje, prečo sa vesmír začal v takom usporiadanom stave? Toto je stále považované za záhadu. Niektorí vedci tvrdia, že Veľký tresk nemusí byť ani začiatkom, v skutočnosti môžu existovať „paralelné vesmíry“, kde čas tečie rôznymi smermi.
Vyprší čas?
Čas mal začiatok, ale to, či to bude mať koniec, závisí od charakteru temnej energie, ktorá spôsobuje, že sa rozširuje zrýchľujúcou sa rýchlosťou. Rýchlosť tohto rozšírenia by nakoniec mohla roztrhnúť vesmír, nútiť ho skončiť Veľkým trhom; alternatívne by sa temná energia mohla rozpadnúť, obrátiť Veľký tresk a ukončiť vesmír veľkou kompresiou; alebo by sa vesmír mohol navždy rozšíriť.
Skončí však niektorý z týchto budúcich scenárov v čase? Podľa zvláštnych pravidiel kvantovej mechaniky môžu malé náhodné častice na okamih vypadnúť z vákua - niečo, čo sa neustále pozoruje v experimentoch s fyzikou častíc. Niektorí tvrdia, že temná energia môže spôsobiť takéto „kvantové výkyvy“, vytvoriť nový Veľký tresk, ukončiť našu časovú os a začať novú. Aj keď je to mimoriadne špekulatívne a veľmi nepravdepodobné, vieme, že iba vtedy, keď rozumieme temnej energii, poznáme osud vesmíru.
Aký je teda najpravdepodobnejší výsledok? Čas ukáže.