Ο χρόνος μπορεί να μην υπάρχει – και αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε γιατί...

Όσο πιο κοντά κοιτάμε τον χρόνο, τόσο πιο ενδιαφέρον γίνεται.

 

Η φύση του χρόνου είναι ένα από τα πιο βαθιά και μακροχρόνια προβλήματα στη φυσική. Από τη δική μας οπτική γωνία, ο χρόνος φαίνεται να προχωρά σταθερά προς τα εμπρός με κάθε τικ του ρολογιού. Αλλά όσο πιο κοντά κοιτάμε, τόσο πιο ενδιαφέρων γίνεται ο χρόνος - από τις εξισώσεις που δηλώνουν ότι ο χρόνος πρέπει να ρέει τόσο ελεύθερα προς τα πίσω όσο και προς τα εμπρός, μέχρι το συναρπαστικό κβαντικό βασίλειο, γεμάτο δυνατότητες. Μήπως ο ίδιος ο χρόνος είναι μια ψευδαίσθηση ;

 

Αυτό που κάνει τον χρόνο τόσο περίπλοκο είναι ότι έχουμε πολύ διαφορετικούς τρόπους να τον ορίζουμε, οι οποίοι δεν ταιριάζουν εύκολα μεταξύ τους.

 

Ο πρώτος ορισμός προέρχεται από τις εξισώσεις που περιγράφουν πώς τα στοιχεία τροποποιούνται με την πάροδο του χρόνου. Έχουμε πολλές τέτοιες εξισώσεις που περιγράφουν τα πάντα, από την κίνηση των μπαλών του τένις μέχρι τη διάσπαση των ατομικών πυρήνων. Σε όλες αυτές τις εξισώσεις, ο χρόνος είναι μια ποσότητα, που αναφέρεται ως συντεταγμένος χρόνος . Ο χρόνος δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια μαθηματική ετικέτα στην οποία μπορούμε να αποδώσουμε μια συγκεκριμένη τιμή.

 

Ο δεύτερος ορισμός του χρόνου προέρχεται από τις θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν, όπου είναι μια διάσταση επιπλέον των τριών που γνωρίζουμε. Είναι μια κατεύθυνση στον τετραδιάστατο χωροχρόνο. Η εικόνα μας για την πραγματικότητα γίνεται τότε μια εικόνα στην οποία όλοι οι χρόνοι - παρελθόν, παρόν και μέλλον - είναι εξίσου πραγματικοί και συνυπάρχουν, όπως ακριβώς όλα τα σημεία στο χώρο είναι εξίσου πραγματικά.

 

Πέρα από αυτό, ο χρόνος έχει μια βαθιά σύνδεση με τη βαρύτητα σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα, όπου το σχήμα του χωροχρόνου επηρεάζεται από τη βαρύτητα.

 

Μεγάλο μέρος της προσπάθειας στην πρώτη γραμμή της θεωρητικής φυσικής κατά το τελευταίο μισό αιώνα έχει αφιερωθεί στην ενοποίηση της Γενικής Σχετικότητας με τον παράξενο κόσμο της κβαντομηχανικής. Τα μαθηματικά πλαίσια που επιχειρούν να το κάνουν αυτό είναι γνωστά ως θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας.

 

Πώς όμως μπορούμε να συμβιβάσουμε αυτές τις δύο έννοιες του χρόνου - την κβαντομηχανική ιδέα, στην οποία ο χρόνος είναι μια απλή παράμετρος, έναντι της σχετικιστικής ιδέας ότι ο χρόνος είναι μια διάσταση στον χωροχρόνο;

 

Το ονομάζω « το πρώτο πρόβλημα του φυσικού χρόνου ».

 

Χρόνος στην κβαντική βαρύτητα

 

Ο λόγος που είναι τόσο δύσκολο να συμβιβαστεί η κβαντομηχανική με τη Γενική Σχετικότητα είναι ότι τα μαθηματικά τους είναι θεμελιωδώς ασύμβατα.

 

Όχι μόνο αυτό, αλλά τα κβαντικά φαινόμενα διέπουν κυρίως πολύ μικρές κλίμακες, όπως τα υποατομικά σωματίδια, ενώ η βαρύτητα επηρεάζει πολύ μεγαλύτερες κλίμακες, όπως τους πλανήτες και τους γαλαξίες, επομένως η προσπάθεια δημιουργίας ενός πειράματος όπου και οι δύο κλίμακες δεν είναι μόνο σχετικές, αλλά μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια, έχει αποδειχθεί εξαιρετικά δύσκολη.

 

Οι πρώτες προσπάθειες ενοποίησης μιας κβαντικής περιγραφής της πραγματικότητας με τον τετραδιάστατο χωροχρόνο της Γενικής Σχετικότητας οδήγησαν τους John Wheeler και Bryce DeWitt να καταλήξουν σε μια εξίσωση - την εξίσωση Wheeler-DeWitt - το 1967, στην οποία ο χρόνος δεν εμφανίζεται πλέον καθόλου.

 

Αυτό που στόχευαν να περιγράψουν είναι η κβαντική κατάσταση ολόκληρου του Σύμπαντος, ανεξάρτητη από τον χρόνο. Αυτό, όπως έχουν υποστηρίξει πολλοί φυσικοί, σημαίνει ότι ο χρόνος μπορεί να είναι απλώς μια ψευδαίσθηση.

 

Αλλά θα έπρεπε να είμαστε τόσο ριζοσπαστικοί ή να απορρίπτουμε τον χρόνο; Έχουμε διανύσει μεγάλη απόσταση από τότε, πώς λοιπόν ο χρόνος εισέρχεται στις τρέχουσες προσπάθειες ανάπτυξης μιας θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας;

 

Ορισμένες προσεγγίσεις εξακολουθούν να ξεκινούν από κάτι σαν τον παραδοσιακό συντεταγμένο χρόνο, αλλά στη συνέχεια προσθέτουν ξανά τον χρόνο ως μέρος ενός χωροχρόνου με περισσότερες διαστάσεις από τις τέσσερις που έχουμε συνηθίσει.

 

Σε άλλες προσεγγίσεις, ο χρόνος προκύπτει από πιο θεμελιώδεις έννοιες σχετικά με το Σύμπαν.

 

Ο χρόνος μπορεί ακόμη και να αποδειχθεί «κβαντισμένος», που σημαίνει ότι αν μεγεθύνουμε σε αρκετά μικρές κλίμακες, θα βλέπουμε τόσο τον χρόνο όσο και τον χώρο ως άμορφους. Έτσι, καταλήγουμε σε κβάντα (άτομα) χωροχρόνου.

 

Ο συνδυασμός της κβαντομηχανικής και της Γενικής Σχετικότητας είναι καλός και ωφέλιμος, αλλά υπάρχει ένα βασικό μυστήριο που δεν απαντά: γιατί ο χρόνος φαίνεται να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση;

 

Η θεωρία των υπερχορδών, η οποία θεωρεί τα συστατικά του Σύμπαντος ως δονούμενες χορδές και όχι ως σημεία στο χώρο, αποτελεί μια προσπάθεια ενοποίησης της κβαντομηχανικής και της Γενικής Σχετικότητας, αλλά απαιτεί μια εντελώς διαφορετική κατανόηση του χρόνου.

 

Αυτό μας φέρνει στον τρίτο ορισμό του χρόνου, που προέρχεται από τη θερμοδυναμική, η οποία περιγράφει τις ιδιότητες μεγάλου αριθμού σωματιδίων που αντιμετωπίζονται με βάση μακροποσότητες όπως η θερμότητα, η θερμοκρασία και η πίεση.

 

Εδώ, ο χρόνος δεν είναι ούτε διάσταση ούτε ετικέτα, αλλά μια κατεύθυνση – που δείχνει από το παρελθόν προς το μέλλον.

 

Αυτό συνήθως διατυπώνεται ως προς την κατεύθυνση της αυξανόμενης εντροπίας: το Σύμπαν μας που ξετυλίγεται, μπάλες που κυλούν προς τα κάτω, παγάκια που λιώνουν σε ένα ποτήρι νερό και ούτω καθεξής.

 

Ωστόσο, παρά όλες τις μη αναστρέψιμες διεργασίες που βλέπουμε γύρω μας, το γεγονός είναι ότι, σε όλες τις θεμελιώδεις εξισώσεις της φυσικής, η αντιστροφή της κατεύθυνσης του χρόνου δεν εμποδίζει τις εξισώσεις να λειτουργήσουν.

 

Δηλαδή, ο χρόνος θα μπορούσε να δείχνει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και δεν θα μπορούσαμε να διακρίνουμε το μέλλον από το παρελθόν. Ωστόσο, βλέπουμε μια σαφή διαφορά μεταξύ του παρελθόντος και του μέλλοντος.

 

Αυτό είναι « το δεύτερο πρόβλημα του φυσικού χρόνου ». Πώς μπορούμε να συμβιβάσουμε το γεγονός ότι οι εξισώσεις μας λειτουργούν εξίσου καλά, ανεξάρτητα από την πορεία του χρόνου, με την μη αντιστρεψιμότητα του χρόνου που βιώνουμε στον κόσμο;

 

Για αυτό, ίσως χρειαστεί να κοιτάξουμε προς τον κβαντικό τομέα και τα ενδιαφέροντα φαινόμενα της διεμπλοκής.

 

Κβαντική διεμπλοκή

 

Τα κβαντικά αντικείμενα όπως τα ηλεκτρόνια ή τα φωτόνια μπορούν να έχουν ιδιότητες που δεν έχουν καθοριστεί πριν μετρηθούν, όπως η θέση, η ορμή, η ενέργεια ή η κατεύθυνση της περιστροφής.

 

Δηλαδή, μπορούν να υπάρχουν σε μια «κβαντική υπέρθεση» έχοντας ένα εύρος τιμών ταυτόχρονα, όπως να είναι απλωμένα στο χώρο ή να περιστρέφονται σε δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα.

 

Μόνο όταν επιλέγουμε να παρατηρήσουμε μια ιδιότητα, αναγκάζουμε το κβαντικό σύστημα να αποφασίσει για μία από τις πολλές επιλογές αυτής της ιδιότητας στην οποία συνυπήρχε.

 

Αλλά αν, πριν από τη μέτρησή μας, ένα ηλεκτρόνιο αλληλεπιδράσει με ένα δεύτερο, τότε αυτό το δεύτερο ηλεκτρόνιο μπορεί να «μολυνθεί» από την υπέρθεση του πρώτου. Θα βρεθεί επίσης σε μια κατάσταση αβεβαιότητας πριν από τη μέτρηση.

 

Λέμε ότι τα δύο ηλεκτρόνια είναι κβαντικά πεπλεγμένα και πρέπει να τα περιγράψουμε ως μία ενιαία κβαντική οντότητα.

 

Η κβαντική διεμπλοκή (που απεικονίζεται εδώ) είναι μια θεωρία που συνδέει δύο σωματίδια στο χρόνο και τον χώρο. Οι τροποποιήσεις στο ένα σωματίδιο θα αντικατοπτρίζονται στο άλλο.

 

Το ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της διεμπλοκής είναι ότι η παρατήρηση μόνο ενός από τα δύο ηλεκτρόνια αναγκάζει επίσης το δεύτερο να προσκολληθεί σε μία από τις διαθέσιμες επιλογές στην υπέρθεσή του. Αυτό θα συμβεί ταυτόχρονα, όσο μακριά κι αν βρίσκονται μεταξύ τους.

 

Και δεν είναι καν η εμπλοκή μεταξύ δύο ηλεκτρονίων που χρειάζεται να ληφθεί υπόψη. Ολόκληρο το Σύμπαν μπορεί να γίνει - και μάλιστα αναπόφευκτα θα γίνει - κβαντικά εμπλεκόμενο με το περιβάλλον του.

 

Στην πραγματικότητα, θα πρέπει να σταματήσουμε να σκεφτόμαστε την κβαντική διεμπλοκή ως κάποιο είδος παράξενου φαινομένου που σπάνια εμφανίζεται στη φύση ή ότι είναι «τρομακτικό», όπως είπε κάποτε ο Αϊνστάιν. Αντίθετα, είναι μια από τις πιο διαδεδομένες, αν όχι η πιο διαδεδομένη, διεργασίες στο Σύμπαν.

 

Πώς, λοιπόν, μπορεί να μας βοηθήσει να απομυθοποιήσουμε τη φύση του χρόνου;

 

Το 1983, οι Don Page και William Wootters πρότειναν για πρώτη φορά μια σύνδεση μεταξύ του χρόνου και της κβαντικής διεμπλοκής, διασώζοντας τον χρόνο από την άχρονη εξίσωση Wheeler-DeWitt.

 

Φανταστείτε ότι κάποιο υποθετικό κβαντικό ρολόι είναι εμπλεκόμενο με το περιβάλλον του.

 

Αντί να σκεφτόμαστε το ρολόι να βρίσκεται σε μια υπέρθεση δύο τοποθεσιών στο χώρο, μπορούμε να τις συνδυάσουμε σε ένα αλληλοσυνδεόμενο σύστημα ρολογιού + περιβάλλοντος σε μια υπέρθεση καταστάσεων σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.

 

Τώρα, όταν μετράμε το ρολόι διαβάζοντας την ώρα, αναγκάζουμε το περιβάλλον του ρολογιού να προσαρμόζεται μόνο σε αυτό που έκανε εκείνη τη στιγμή.

 

Τι γίνεται, λοιπόν, αν σκεφτούμε τη συνολική κατάσταση του Σύμπαντος, η οποία μπορεί να είναι άχρονη, ως αποτελούμενη από δύο μέρη: (1) ένα ρολόι και (2) όλα τα άλλα;

 

Για εμάς, ενσωματωμένους μέσα σε «όλα τα άλλα», η αντίληψη μιας συγκεκριμένης ώρας ισοδυναμεί με τη μέτρηση του ρολογιού εκείνη την ώρα, επομένως αντιλαμβανόμαστε την πραγματικότητα – το περιβάλλον του ρολογιού, γνωστό και ως το Σύμπαν – εκείνη τη στιγμή.

 

Αλλά, θεωρούμενοι από «έξω» του Σύμπαντος, όλοι οι χρόνοι συνυπάρχουν και δεν υπάρχει «πέρασμα» χρόνου, όπως υποστήριξαν οι Wheeler και DeWitt.

 

Κβαντική αιτιότητα

 

Αν η κβαντομηχανική μας λέει ότι ένα σύστημα μπορεί να βρίσκεται σε υπέρθεση καταστάσεων σε δύο διαφορετικές χρονικές στιγμές, τότε αυτό έχει μια ακόμη πιο συναρπαστική συνέπεια όταν λάβουμε υπόψη τη σειρά αιτίας και αποτελέσματος.

 

Δηλαδή, για να συμβεί κάτι, η αιτία πρέπει να προηγείται του αποτελέσματος.

 

Σκεφτείτε δύο γεγονότα, το Α και το Β, όπως λάμψεις φωτός που δημιουργούνται από δύο πηγές σε διαφορετικά μέρη.

 

Η σχέση αιτίας και αποτελέσματος σημαίνει ότι υπάρχουν τρεις πιθανότητες: 1) Η λάμψη Α συνέβη πριν από τη λάμψη Β και, μέσω κάποιου μηχανισμού, θα μπορούσε να έχει ενεργοποιήσει τη λάμψη Β· 2) Η λάμψη Β συνέβη πριν από τη λάμψη Α και θα μπορούσε να την έχει ενεργοποιήσει· 3) Καμία από τις δύο δεν θα μπορούσε να έχει ενεργοποιήσει την άλλη επειδή βρίσκονται πολύ μακριά στο χώρο και πολύ κοντά στο χρόνο για να σταλεί ένα σήμα ενεργοποίησης από τη μία τοποθεσία στην άλλη.

 

Η εντροπία, η ιδέα ότι η τάξη ενός συστήματος καταρρέει καθώς ο χρόνος προχωρά, θεωρείται αναπόφευκτη και μη αναστρέψιμη. Αλλά οι θεωρίες μας φαίνεται να υποδηλώνουν το αντίθετο.

 

Τώρα, η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν δηλώνει ότι όλοι οι παρατηρητές, ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινούνται ο ένας σε σχέση με τον άλλον, βλέπουν το φως να ταξιδεύει με την ίδια σταθερή ταχύτητα.

 

Αυτό το εκπληκτικό αλλά απλό γεγονός μπορεί να οδηγήσει τους παρατηρητές να βλέπουν γεγονότα να συμβαίνουν με διαφορετική σειρά.

 

Για την επιλογή (3) παραπάνω, δύο παρατηρητές που κινούνται ο ένας σε σχέση με τον άλλον κοντά στην ταχύτητα του φωτός ενδέχεται να διαφωνούν ως προς τη σειρά των λάμψεων.

 

Ευτυχώς, δεν υπάρχει κίνδυνος ένα αποτέλεσμα να προηγηθεί της αιτίας του (γνωστό ως «παραβίαση της αιτιότητας»), καθώς τα γεγονότα απέχουν πολύ μεταξύ τους για να προκαλέσει το ένα το άλλο.

 

Ωστόσο, τι θα συνέβαινε αν οι επιλογές (1) και (2) συνυπήρχαν σε μια κβαντική υπέρθεση; Η αιτιώδης σειρά των δύο γεγονότων δεν θα ήταν πλέον σταθερή.

 

Θα υπήρχαν σε μια συνδυασμένη κατάσταση όπου η Λάμψη Α θα συμβαίνει πριν και θα προκαλεί τη Λάμψη Β, και όπου η Β θα συμβαίνει πρώτη. Βλέπουμε λοιπόν ότι η αιτία και το αποτέλεσμα μπορεί να γίνουν θολά όταν συνδυάζουμε την κβαντομηχανική και τη σχετικότητα.

 

Γίνεται ακόμη πιο συναρπαστικό όταν εισάγουμε τη βαρύτητα μέσω της Γενικής Σχετικότητας.

 

Ορίστε ένα ενδιαφέρον νοητικό πείραμα. Φανταστείτε δύο κβαντικά πεπλεγμένα ρολόγια, το καθένα σε μια υπέρθεση διαφορετικών υψών πάνω από την επιφάνεια της Γης. Σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα, αυτό θα σήμαινε ότι τα δύο ρολόγια χτυπούν με ελαφρώς διαφορετικούς ρυθμούς, λόγω της μικρής διαφοράς στο βαρυτικό πεδίο.

 

Η υπέρθεση εδώ είναι ένας συνδυασμός της Κατάστασης 1 στην οποία το ρολόι Α είναι υψηλότερο από το ρολόι Β, και επομένως χτυπάει λίγο πιο γρήγορα, και της Κατάστασης 2 στην οποία τα ρολόγια εναλλάσσονται.

 

Μέχρι να μετρηθεί αυτή η συνδυασμένη κατάσταση εμπλοκής διαβάζοντας την ώρα σε ένα από τα ρολόγια, δεν είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η σειρά τυχόν συμβάντων που καταγράφονται από τα δύο ρολόγια.

 

Και αν δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε ποια γεγονότα βρίσκονται στο μέλλον και ποια στο παρελθόν, καταλήγουμε στην πιθανότητα γεγονότα που δρουν αντίστροφα στον χρόνο να προκαλέσουν γεγονότα στο παρελθόν τους.

 

Αν, σε κβαντικό επίπεδο, γεγονότα του παρελθόντος μπορούν να επηρεαστούν από γεγονότα του μέλλοντος, τότε όλα τα στοιχήματα είναι άκυρα.

 

Ενώ ορισμένοι φυσικοί υποστηρίζουν ότι η αιτιότητα είναι ιερή και πρέπει να διατηρηθεί πάση θυσία, άλλοι έχουν υποστηρίξει την ιδέα της οπισθοαιτιότητας (το μέλλον επηρεάζει το παρελθόν) και ακόμη και του κβαντικού ταξιδιού στο χρόνο.

 

Είναι πολύ πιθανό ότι ακόμη και αν βρούμε την αληθινή μας θεωρία για την κβαντική βαρύτητα, ο χρόνος θα αποδειχθεί ότι δεν είναι μία ενιαία έννοια, αλλά μάλλον ένα πολύπλευρο, πολύπλοκο στοιχείο.

 

Ίσως όντως να διατηρεί τις διαφορετικές ιδιότητές του ανάλογα με τον τρόπο που το χρησιμοποιούμε: μια διάσταση του χωροχρόνου, μια συντεταγμένη προς μέτρηση και ένα μη αναστρέψιμο βέλος.

 

Όλα αυτά έχουν νόημα μόνο με τον κατά προσέγγιση, σε σμίκρυνση, τρόπο που αντιλαμβανόμαστε υποκειμενικά τον χρόνο. Και αυτό μας προσκαλεί να εμβαθύνουμε ακόμη περισσότερο στα μυστήρια του χρόνου.

 

Συγγραφέας: Καθηγητής Τζιμ Αλ-Χαλίλι

 

ΠΗΓΗ: yogaesoteric

https://yogaesoteric.net/en/time-might-not-exist-and-were-starting-to-understand-why/