utorak, 17. svibnja 2011.

Vrijeme ne postoji

Rekao sam: „Vaši satovi mjere vrijeme vrlo precizno“, na što su mi odgovorili: „ Naši satovi ne mjere vrijeme“. Pomislio sam, to je vrlo skromno od njih. Ali, rekli su: „Ne, vrijeme je definisano da bude ono što mjere naši satovi“. Oni definišu standard vremena za planetu – vrijeme je definisano brojem otkucaja njihovih satova.



Niko nije bolje zabilježio trag vremena od Ferenca Krausza. On je u svojoj laboratoriji na Institutu kvantne optike Max Planck u Garchingu (Njemačka) zabilježio najkraće vremenske intervale koji su ikad posmatrani. Uz pomoć ultraljubičastih laserskih impulsa uhvatio je vrlo kratke kvantne preskoke elektrona sa atoma. Događaj je trajao svega 100 atosekundi. Za usporedbu, 100 atosekundi prema jednoj sekndi je kao jedna sekunda prema 300 miliona godina. Međutim, čak i Krausz radi daleko od „granice vremena“.

Postoji vremensko područje koje se naziva Planckova skala, gdje čak i atosekunde traju kao eoni. To je na granici poznate fizike, područje gdje su udaljenosti i intervali toliko kratki da se počinju rušiti koncepti vremena i prostora. Planckovo vrijeme, najmanja jedinica vremena koja ima neko fizikalno značenje, isnosi 10 na -43 sekundi, što je manje od trilionitog dijela trilionitinke atosekunde. Iza toga? Tempus incognito, barem za sada. Pokušaji razumijevanja vremenskih intervala ispod Planckove skale vode do jako čudnih stanja stvari u fizici. Ukratko, problem je što vrijeme možda ne postoji na najfundamentalnijem nivou fizičke stvarnosti. Ako je to slučaj, šta je onda vrijeme i zbog čega je ono tako očigledno i prisutno u našem iskustvu?

„Značenje vremena postalo je vrlo problematično u savremenoj fizici“, rekao je Simon Saunders, filozof i fizičar na Univerzitetu u Oxfordu. Problem sa vremenom započeo je u prethodnom stoljeću, kada je Einsteinova specijalna i opća teorija relativnosti uništila pojam vremena kao univerzalne konstante. Jedna posljedica toga je da prošlost, sadašnjost i budućnost nisu apsolutni. Einsteinove teorije otvorile su procjepe u fizici, jer zakoni opće relativnosti, koji opisuju gravitaciju i složenu strukturu svemira) izgledaju neusaglašeni sa zakonima kvantne fizike. Prije 40-tak godina, slavni fizičar John Wheeler, tada u Princetonu, i kasnije Bryce DeWitt, tada na Univerzitetu u Sjevernoj Karolini, razvili su neobičnu jednadžbu koja daje mogući radni okvir za ujedinjenje relativnosti i kvantne mehanike. Međutim, Wheeler-DeWittova jednadžba uvijek je bila kontraverzna, dijelom zbog toga što daje preokret u našem razumijevanju vremena. „Pokazuje se da vrijeme jednostavno nestaje iz Wheeler-DeWittove jednadžbe“, rekao je Carlo Rovelli, fizičar na Univerzitetu u Marseju (Francuska). „To je pitanje koje zbunjuje mnoge teoretičare. Možda je najbolji način razmišljanja o kvantnoj stvarnosti taj da se odustane od zapisivanja vremena – da fundamentalni opis svemira mora biti bez vremena“. Još niko nije uspio pomoću Wheeler-DeWittove jednadžbe integrisati kvantnu teoriju sa općom relativnošću. Štaviše, nekolicina fizičara, uključujući Rovellia, vjeruju da će uspješni povezivač ova dva glavna dijela fizike 20.-og stoljeća neizbježno opisati univerzum u kojem nema vremena.

Zakoni fizike ne objašnjavaju zbog čega vrijeme uvijek protiče prema budućnosti. Svi zakoni (Newtonovi, Einsteinovi ili kvantni) jednako bi dobro važili ako bi vrijeme teklo unazad. Za sada možemo reći da je vrijeme jednosmjerni proces, nikada se ne preokreće, iako to ne zabranjuje ni jedan zakon. „Misteriozno je zbog čega imamo takvu strijelu vremena“, rekao je Seth Lloyd, inženjer kvantne mehanike na MIT-u. „Obično objašnjenje ovoga je sljedeće: da bi ste odredili šta se događa u sistemu, ne samo da morate odrediti fizikalne zakone, nego morate postaviti i neke početne ili krajnje uslove.“

Majka svih početnih uslova bio je Veliki Prasak. Fizičari vjeruju da je svemir započeo kao veoma jednostavna, izrazito kompaktna lopta energije. Dok se svemir širi, on postaje sve složeniji i neuređeniji. Posmatrajući sa tog gledišta, vrijeme ne postoji izvan svemira, ni jedan sat ne kuca izvan svemira. Mnogi od nas razmišljaju poput Newtona: „Apsolutno, istinito i matematičko vrijeme po svojoj prirodi teče ravnomjerno bez obzira na vanjske faktore“. Međutim, Einstein je pokazao da je vrijeme tkanina svemira. Suprotno Newtonovom uvjerenju, naši satovi ne mjere nešto što je nezavisno od svemira. „Zapravo“, kaže Lloyd, „satovi uopće ne mjere vrijeme“. „Nedavno sam bio u Nacionalnom Institutu standarda i tehnologije u Boulderu“, kaže Lloyd. INIST je vladina laboratorija u kojoj se nalazi atomski sat koji određuje standard vremena. Rekao sam: „Vaši satovi mjere vrijeme vrlo precizno“, na što su mi odgovorili: „ Naši satovi ne mjere vrijeme“. Pomislio sam, wow, to je vrlo skromno od njih. Ali, rekli su: „Ne, vrijeme je definisano da bude ono što mjere naši satovi“. Oni definišu standard vremena za planetu – vrijeme je definisano brojem otkucaja njihovih satova. Rovelli, sljedbenik teorije bezvremenskog svemira, smatra da u NIT-u imaju pravo. Štaviše, njihovo gledite slaže se sa Wheeler-DeWittovom jednadžbom. Nikada stvarno ne vidimo vrijeme, vidimo samo satove. Ako kažete da se ovaj objekt kreće, ono što stvarno mislite je da je ovaj objekt ovdje dok je kazaljka vašeg sata ovdje. Kažemo da mjerimo vrijeme satovima, ali vidimo samo kazaljke satova, a ne vrijeme. Kazaljke su fizikalna varijabla kao i svaka druga. „Ono što se dešava sa Wheeler-DeWittovom jednadžbom je to da moramo zaustaviti ovu igru. Umjesto uvođenja fiktivne varijable – vremena, koje nije opservabilno, trebali bismo samo opisati međusobnu povezanost varijabli.

Pitanje je da li je vrijeme temeljna osobina realnosti ili samo makroskopsko pojavljivanje stvari. Ja bih rekao da je to samo makroskopski efekt. Ne postoji fizikalna teorija koja potpuno opisuje kako svemir izgleda ispod Planckove skale. Ako fizičari ikad uspiju ujediniti kvantnu teoriju i opću relativnost, prostor i vrijeme će biti opisani nekom promijenjenom verzijom kvantne mehanike. U takvoj teoriji, prostor i vrijeme neće više biti glatki i neprekidni, nego će se sastojati od diskretnih dijelova – kvanata (u žarnogu fizike) – kao što se svjetlost sastoji od pojedinačnih nosilaca energije – fotona. To bi bili gradivni elementi prostora i vremena. Nije lako zamisliti prostor i vrijeme da su sačinjeni od nečeg drugog. Gdje bi drugo komponente prostora i vremena postojale ako ne u prostoru i vremenu? Kao što Rovelli objašnjava, u kvantnoj mehanici sve čestice materije i energije mogu biti opisane i kao valovi, a valovi imaju neobičnu osobinu: beskonačan broj njih može postojati na istom mjestu. Ako se jednog dana pokaže da se prostor i vrijeme sastoje od kvanata, svi kvanti bi mogli egzistirati zajedno u jednoj bezdimenzionoj tački.

Einstein je pronašao ohrabrenje u svom revolucionarnom shvatanju vremena. U martu 1955. godine, kada je umro njegov veliki prijatelj Michele Bosso, napisao je pismo njegovoj porodici: „Sada je on napustio ovaj čudni svijet malo prije mene. To ne znači ništa. Ljudi poput nas, koji vjeruju u fiziku, znaju da je razlika između prošlosti, sadašnjosti i budućnosti samo tvrdoglavo istrajna iluzija“. Einsteinovi zapisi iz 1905. godine iznenada su promijenili shvatanje ljudi o prostor-vremenu. Sada je ponovo slična situacija. Kada se slegne prašina, vrijeme, ma šta ono bilo, moglo bi se ispostaviti da je čudnije i iluzornije nego što je Einstein mogao zamisliti.

Nema komentara:

Objavi komentar