Παρελθόν – Παρόν – Μέλλον
Στη φυσική, είναι όλα το ίδιο πράγμα. Αλλά για σας, εμένα και όλους τους άλλους, ο χρόνος κινείται προς μία κατεύθυνση: από την μνήμη, μέσα από την εμπειρία προς την προσδοκία. Αυτή η γραμμικότητα ονομάζεται το βέλος του χρόνου, και μερικοί φυσικοί πιστεύουν ότι προοδεύει μόνο με αυτόν τον τρόπο επειδή οι άνθρωποι, και άλλα όντα με παρόμοια νευρολογική καλωδίωση, υπάρχουν για να παρατηρούν πέρασμα του.
Το ζήτημα του βέλους του χρόνου είναι παλιό. Και για να είμαι σαφής, το θέμα δεν είναι αν υπάρχει χρόνος, αλλά προς ποια κατεύθυνση κινείται. Πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι προκύπτει όταν αρκετά μικροσκοπικά σωματίδια που διέπονται από τους παράξενους κανόνες της κβαντικής μηχανικής αλληλεπιδρούν, και αρχίζουν να εμφανίζουν συμπεριφορά που μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας την κλασσική φυσική.
Όμως, δύο επιστήμονες υποστηρίζουν, σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο Annalen der Physik -το ίδιο περιοδικό που δημοσίευσε τα σπερματικά άρθρα του Αϊνστάιν για την ειδική και γενική σχετικότητα- ότι η βαρύτητα δεν είναι αρκετά ισχυρή για να αναγκάσει κάθε αντικείμενο στο σύμπαν να ακολουθήσει την ίδια κατεύθυνση παρελθόν>παρόν>μέλλον. Αντ ‘αυτού, το βέλος του χρόνου προκύπτει από τους παρατηρητές.
Αυτό όλο πάει πίσω σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική, πλέκοντας μαζί την κβαντική και την κλασική μηχανική. Στην κβαντική μηχανική, τα σωματίδια μπορούν να έχουν υπέρθεση. Δηλαδή, ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να υπάρχει σε οποιοδήποτε από τα δύο μέρη και κανείς δεν μπορεί να πει με σιγουριά σε ποιο, μέχρι να παρατηρηθεί. Πού αυτό το ηλεκτρόνιο μπορεί να υπάρχει παρουσιάζεται από την πιθανότητα. Πειραματικά, αυτό μπορεί να ελεγχθεί.
Ωστόσο, οι κανόνες αλλάζουν όταν τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να αλληλεπιδρούν με πολλά αντικείμενα, όπως ένα μάτσο ατμοσφαιρικά μόρια ή ανακατεύονται με πράγματα όπως τα σωματίδια σκόνης, τα αεροπλάνα και οι μπάλες.
Η κλασική μηχανική αναλαμβάνει και η βαρύτητα γίνεται σημαντική. «Η θέση του ηλεκτρονίου, το κάθε άτομο, διέπεται από μια πιθανότητα», λέει ο Yasunori Nomura, ένας φυσικός στο πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϋ.
Αλλά από τη στιγμή που αλληλεπιδρούν με μεγαλύτερα αντικείμενα, ή γίνονται σαν μπάλες, αυτές οι μεμονωμένες πιθανότητες συνδυάζονται, και η πιθανότητα αυτά τα συλλογικά ηλεκτρόνια να έχουν υπέρθεση μειώνεται. Γι ‘αυτό ποτέ δεν θα δείτε μια μπάλα του μπέιζμπολ να εξαφανίζεται ταυτόχρονα στο γάντι του αριστερού fielder, ενώ, επίσης, βρίσκεται στα ύψη στο επάνω κατάστρωμα.
Η στιγμή που η σωματιδιακή φυσική συγχωνεύεται με την κλασική μηχανική ονομάζεται αποσυνοχή. Από την άποψη της φυσικής, είναι όταν κατεύθυνση του χρόνου γίνεται μαθηματικά σημαντική. Και έτσι, οι περισσότεροι φυσικοί πιστεύουν ότι το βέλος του χρόνου προκύπτει από αποσυνοχή.
Η πιο σημαντική θεωρία που εξηγεί την αποσυνοχή είναι η εξίσωση Wheeler-DeWitt. Χρονολογείται στο 1965, όταν ένας φυσικός που ονομάζεται John Wheeler είχε μια στάση σε ένα αεροδρόμιο στη Βόρεια Καρολίνα. Για να περάσει η ώρα, ζήτησε από τον συνάδελφό του Bryce DeWitt να τον συναντήσει. Έκαναν ότι οι φυσικοί κάνουν: μίλησαν θεωρητικά και έπαιξαν με τους αριθμούς. Οι δύο κατέληξαν σε με μια εξίσωση που, κατά τον Wheeler, διαγράφονται οι ραφές μεταξύ της κβαντικής και κλασικής μηχανικής.
Η θεωρία δεν είναι τέλεια. Αλλά είναι σημαντική, και οι περισσότεροι φυσικοί συμφωνούν ότι είναι ένα σημαντικό εργαλείο για την κατανόηση της παραξενιάς της αποσυνοχή και τη λεγόμενη κβαντική βαρύτητα.
Εδώ είναι όπου γίνεται λίγο πιο περίεργο. Παρά το γεγονός ότι η εξίσωση δεν περιλαμβάνει μια μεταβλητή για το χρόνο, παρέχει ένα πλαίσιο για πλέκει όλο το σύμπαν μαζί.
Ωστόσο, οι δύο επιστήμονες που έγραψαν αυτό το πρόσφατο έγγραφο λένε ότι, στην εξίσωση Wheeler-DeWitt, τα αποτελέσματα της βαρύτητας ‘κλωτσάνε’ πολύ αργά για να αντιπροσωπεύουν ένα καθολικό βέλος του χρόνου. «Αν κοιτάξετε τα παραδείγματα και κάνετε τα μαθηματικά, η εξίσωση δεν εξηγεί πώς αναδύεται η κατεύθυνση του χρόνου», λέει ο Robert Lanza, βιολόγος, πολυμαθής, και συν-συγγραφέας της μελέτης. (Ο Lanza είναι ο ιδρυτής του βιοκεντρισμού, μια θεωρία ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι κατασκευάσματα βιολογικών αισθητήριων περιορισμών.)
Με άλλα λόγια, τα ευκίνητα κβαντικά σωματίδια θα έπρεπε να είναι σε θέση να διατηρούν την κυριότητα της υπέρθεσης τους πριν τα αρπάξει η βαρύτητα. Και αν, ας πούμε, η βαρύτητα είναι πολύ αδύναμη για να κρατήσει μια αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων κατά τη διαδικασία decoherence (αποσυνοχής) σε κάτι μεγαλύτερο, τότε δεν υπάρχει κανένας τρόπος που μπορεί να τα αναγκάσει να κινηθούν προς την ίδια κατεύθυνση, από άποψη χρόνου.
Αν αυτό δεν αποδειχθεί μαθηματικά, τότε αφήνει τον παρατηρητή: Εμάς. Η ώρα κινείται όπως συμβαίνει επειδή οι άνθρωποι είναι βιολογικά, νευρολογικά, 
φιλοσοφικά hardwired να ζουν με αυτόν τον τρόπο. Είναι σαν μια εκδοχή μακρο-κλίμακας της γάτας του Schrödinger. Μια μακρινή γωνιά του σύμπαντος μπορεί να κινεί το μέλλον στο παρελθόν. Αλλά οι άνθρωποι αυτή τη στιγμή στρέφουν ένα τηλεσκόπιο προς αυτή την κατεύθυνση, ο χρόνος είναι σύμφωνος με τη ροή παρελθόν-μέλλον.
φιλοσοφικά hardwired να ζουν με αυτόν τον τρόπο. Είναι σαν μια εκδοχή μακρο-κλίμακας της γάτας του Schrödinger. Μια μακρινή γωνιά του σύμπαντος μπορεί να κινεί το μέλλον στο παρελθόν. Αλλά οι άνθρωποι αυτή τη στιγμή στρέφουν ένα τηλεσκόπιο προς αυτή την κατεύθυνση, ο χρόνος είναι σύμφωνος με τη ροή παρελθόν-μέλλον.
«Στα έγγραφα σχετικά με τη σχετικότητα, ο Αϊνστάιν έδειξε ότι ο χρόνος ήταν σε σχέση με τον παρατηρητή», λέει ο Lanza. «Η μελέτη μας πάει αυτό το ένα βήμα παραπέρα, υποστηρίζοντας ότι ο παρατηρητής δημιουργεί στην πραγματικότητα».
Αυτό δεν είναι απαραίτητα μια νέα θεωρία. Ο Ιταλός φυσικός Carlo Rovelli έγραψε γι ‘αυτό σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε το περασμένο έτος στο ArXiv, μια ανοιχτή ιστοσελίδα της φυσικής. Ούτε είναι αμφισβητούμενη. Ο Nomura λέει ένα ελάττωμα υπολογίζει κατά πόσο αυτή η έννοια του «χρόνου παρατηρητή» είναι πραγματική. «Η απάντηση εξαρτάται από το αν η έννοια του χρόνου μπορεί να ορίζεται μαθηματικά, χωρίς να περιλαμβάνονται οι παρατηρητές στο σύστημα», λέει. Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι δεν υπάρχει κανένας τρόπος να αφαιρέσουν τον παρατηρητή από κάθε εξίσωση, αφού οι εξισώσεις εκτελούνται και αναλύονται από τους ανθρώπους.
Ο Nomura λέει ότι οι συγγραφείς, άλλωστε, δεν ευθύνονται για το γεγονός ότι υπάρχει ολόκληρο το σύμπαν σε ένα μέσο που ονομάζεται χωροχρόνος, «Έτσι, όταν μιλάμε για χωροχρόνο, μπορεί ήδη να μιλάμε για ένα decohered σύστημα.» Δεν το πάει μακριά ώστε να πει ότι οι συγγραφείς είναι λάθος -η φυσική παραμένει μια ατελής επιστήμη- αλλά διαφωνεί με τα συμπεράσματα που συνάγονται από τα μαθηματικά τους.
Και όπως ο χρόνος, οι ερμηνείες της φυσικής είναι όλα σχετικές.
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου