Care este timpul și de ce progresează?

Cât este ceasul?

de Thomas KitchingȘi UCL

Imaginați-vă că timpul trece înapoi. Oamenii deveneau mai tineri decât bătrâni și, după o lungă viață de reînnoire treptată – fără să știe tot ce știau – vor ajunge într-o sclipire în ochii părinților lor. De data aceasta așa cum se arată în Un roman al scriitorului de science fiction Philip K. cocoş Dar, în mod surprinzător, direcția timpului este, de asemenea, o problemă cu care se confruntă cosmologii.

Deși considerăm că timpul are o anumită direcție, fizicienii nu: majoritatea legilor naturale sunt „reversibile în timp”, ceea ce înseamnă că ar funcționa bine dacă timpul ar fi definit ca mergând înapoi. De ce timpul avansează întotdeauna? Și vei face întotdeauna asta?

EarthSky a ajutat la aducerea mai multor articole despre univers. Vă rugăm să donați ce puteți la campania noastră anuală de crowdfunding.

Are timpul un început?

Orice concept universal de timp trebuie să se bazeze în cele din urmă pe evoluția universului în sine. Când te uiți la univers, vezi evenimente care s-au întâmplat în trecut – durează mult până la noi. De fapt, chiar și cele mai simple observații ne pot ajuta să înțelegem timpul cosmic: de exemplu, faptul că Cerul nopții este întunecat. Dacă universul ar avea un trecut infinit și ar fi infinit în raza de acțiune, cerul nopții ar fi la fel de strălucitor – plin de lumină din numărul infinit de stele din univers care a existat dintotdeauna.

Multă vreme, oamenii de știință, inclusiv Albert Einstein, au crezut că universul este constant și infinit. Notele s-au arătat de atunci De fapt, se extinde într-un ritm accelerat. Aceasta înseamnă că trebuie să fi apărut dintr-o stare mai compactă pe care o numim Big Bang, ceea ce înseamnă că timpul are un început. De fapt, dacă căutăm lumină suficient de veche, putem vedea chiar și radiația rămășițelor Big Bang – fundal cosmic cu microunde. Realizarea acestui lucru a fost un prim pas în determinarea vârstei universului (vezi mai jos).

Relativitatea

Dar există o problemă, teoria specială a relativității a lui Einstein o arată clar Timpul este relativ: Cu cât te miști mai repede, cu atât timpul îți va trece mai lent în raport cu percepția mea asupra timpului. Așadar, în universul nostru de galaxii în expansiune, stele învârtite și planete învârtite, experiențele timpului sunt diferite: totul în trecut, prezent și viitor este relativ.

Se pare că, întrucât, în medie, universul este același peste tot și, în medie, arată la fel în toate direcțiile, există timpul cosmic. Pentru a măsura acest lucru, tot ce trebuie să facem este să măsurăm proprietățile fundalului cosmic cu microunde. Cosmologii au folosit acest lucru pentru a determina vârsta universului: era cosmică a acestuia. Se pare că vârsta universului este de 13.799 miliarde de ani.

săgeata timpului

Deci știm că timpul a început probabil în timpul Big Bang-ului. Dar rămâne o întrebare enervantă: ce anume? El este timp?

Pentru a descifra această întrebare, trebuie să ne uităm la proprietățile de bază ale spațiului și timpului. În dimensiunile spațiului, puteți merge înainte și înapoi; Pasagerii experimentează acest lucru în fiecare zi. Dar timpul este diferit, are o direcție, mereu mergeți înainte, niciodată nu inversați. De ce dimensiunea timpului este ireversibilă? Aceasta este una dintre principalele probleme nerezolvate din fizică.

Pentru a explica de ce timpul în sine este ireversibil, trebuie să găsim procese în natură care sunt, de asemenea, ireversibile. Unul dintre puținele concepte din fizică (și din viață!) Este că lucrurile tind să devină mai puțin „ordonate” în timp. Jumătate din asta folosind un fișier O proprietate fizică numită entropie Codifică modul de aranjare a ceva.

Imaginați-vă o cutie de gaz în care toate particulele au fost plasate inițial într-un colț (o stare ordonată). În timp, ei vor căuta în mod natural să umple întreaga cutie (o stare de turbulență) – iar întoarcerea particulelor într-o stare ordonată necesită energie. Acest lucru este ireversibil. Este ca și cum ai sparge un ou pentru a face o omletă. Odată ce se întinde și umple tigaia, nu va mai avea o formă de ou. Același lucru se aplică universului: pe măsură ce evoluează, entropia totală crește.

haos sporit

Se pare că entropia este o modalitate bună de a explica săgeata timpului. Și, deși poate părea că universul devine mai ordonat, mai degrabă decât mai puțin – mergând de la o mare terestră cu gaz fierbinte împrăștiat relativ uniform în stadiile inițiale la stele, planete, oameni și articole legate de timp – poate fi totuși crescând în frământări. Asta pentru că gravitația asociată cu aglomerări mari poate trage materia în stări aparent ordonate – cu o creștere a haosului credem că trebuie cumva ascunsă în câmpuri gravitaționale. Deci haosul poate crește, chiar dacă noi nu-l vedem.

Dar având în vedere tendința naturii de a favoriza haosul, de ce a început universul într-o stare atât de ordonată, în primul rând? Acest lucru este încă considerat un mister. Unii cercetători susțin că Big Bang-ul nu ar fi fost nici măcar începutul, de fapt ar fi putut fi universuri paralele Unde timpul trece în direcții diferite.

Va expira timpul?

Timpul are un început, dar dacă va avea un sfârșit depinde de natură energie întunecată Acest lucru îl determină să se extindă într-un ritm accelerat. Rata acestei expansiuni poate sfâșia în cele din urmă universul, forțându-l să se termine într-o Mare Rip. Alternativ, energia întunecată se poate descompune, inversând Big Bang-ul și punând capăt universului într-o criză majoră. Sau universul se poate extinde pentru totdeauna.

Dar oare vreunul dintre aceste scenarii viitoare se va termina vreodată? Ei bine, conform regulilor ciudate ale mecanicii cuantice, mici particule aleatorii pot ieși temporar din vid, lucru care se vede constant în experimentele de fizică a particulelor. Unii au susținut că energie întunecată Astfel de „fluctuații cantitative” pot provoca Rezultând într-o nouă mare explozie, ne încheiem cronologia și începem una nouă. Deși acest lucru este extrem de speculativ și foarte puțin probabil, ceea ce știm este doar atunci când îl facem Înțelegerea energiei întunecate Vom cunoaște soarta universului?

Deci, care este rezultatul cel mai probabil? Doar timpul o va dovedi.

Thomas Kitching, lector de astrofizică, UCL

Acest articol a fost publicat inițial în Conversaţie. Citeste Articol original.

Concluzie: Ce este timpul și de ce merge mai departe? Cosmologul Thomas Kitching de la University College London explică modul în care săgeata timpului indică viitorul.