Představte si, že čas běží pozpátku. Lidé porostou mladší, ne starší a po dlouhém životě postupného omlazení - zapomínajíc na všechno, co vědí - umírají jako děti. Podobný čas jsme pozorovali u hrdiny románu Francis Fitzgeralda „Tajemný příběh Benjamina Buttona“. Překvapivě je však směr času také problémem kosmologů.
Tak proč se čas vždy posouvá vpřed? Bude to vždy tak?
Má čas začátek?
Jakýkoli univerzální pojem času musí být v konečném důsledku založen na vývoji samotného vesmíru. Když se podíváte na vesmír, vidíte události, které se odehrály v minulosti - to vyžaduje čas, aby se k nám dostalo světlo hvězd. Ve skutečnosti dokonce i nejjednodušší pozorování nám může pomoci pochopit kosmologický čas: například skutečnost, že noční obloha je temná. Pokud by vesmír měl nekonečnou minulost a byl nekonečně široký, noční obloha by byla naprosto jasná - naplněná světlem nekonečného počtu hvězd v prostoru, který vždy existoval.
Vědci, včetně Alberta Einsteina, si dlouhou dobu mysleli, že vesmír je statický a nekonečný. Pozorování od té doby ukázala, že se ve skutečnosti rozšiřuje a zrychluje. To znamená, že musí pocházet z kompaktnějšího stavu, který nazýváme Velký třesk, což znamená, že čas má začátek. Ve skutečnosti, pokud hledáme dostatečně staré světlo, můžeme dokonce vidět reliktní záření z Velkého třesku - kosmického mikrovlnného pozadí. Tato realizace byla prvním krokem při určování věku vesmíru.
Ale je tu háček, Einsteinova speciální teorie relativity ukazuje, že čas je relativní: čím rychleji se pohybujete vůči svému příteli, tím pomalejší bude pro vás jeho vnímání času. V našem vesmíru rozšiřujících se galaxií, rotujících hvězd a rotujících planet se tedy mění časová zkušenost: veškerá minulost, přítomnost a budoucnost jsou relativní.
Existuje univerzální čas?
Propagační video:
Ukazuje se, že jelikož vesmír je v průměru všude stejný a ve všech směrech vypadá stejně, je „kosmický čas“. Abychom to mohli změřit, musíme jen změřit vlastnosti kosmického mikrovlnného pozadí. Kosmologové to využili k určení věku vesmíru; jeho vesmírný věk. Ukazuje se, že vesmír je starý 13,799 miliard let.
Šipka času
Takže víme, že čas s největší pravděpodobností začal během Velkého třesku. Zbývá však jedna otázka: co je čas?
Abychom našli odpověď, musíme se podívat na základní vlastnosti prostoru a času. V dimenzi prostoru se můžete pohybovat tam a zpět; cestující to zažívají každý den. Ale čas je jiný, má směr, vždy se pohybujete vpřed, a ne naopak. Proč je tedy měření času nevratné? Toto je jeden z hlavních nevyřešených problémů ve fyzice.
Abychom vysvětlili, proč je čas sám nevratný, musíme najít procesy v přírodě, které jsou také nevratné. Jedním z mála takových konceptů ve fyzice (a životě!) Je to, že se věci postupem času méně „upravují“. Popisujeme to pomocí fyzikální vlastnosti zvané entropie, což znamená něco, co je uspořádáno.
Představte si krabici plynu, ve které byly všechny částice zpočátku umístěny v jednom rohu (uspořádaný stav). Postupem času budou mít přirozeně tendenci zaplňovat celou krabici (neuspořádaný stav) a to vyžaduje energii, aby se částice vrátily do uspořádaného stavu. Je to nevratné. Je to jako rozbít vejce na omeletu - jakmile se rozloží a naplní pánev, nikdy se nevrátí do tvaru vejce. S vesmírem je to stejné: jak se vyvíjí, zvyšuje se celková entropie.
Ukazuje se, že entropie je docela dobrý způsob, jak vysvětlit šipku času. A i když se vesmír může zdát stále spořádanější, ne méně - pohybující se od divokého moře relativně rovnoměrně distribuovaného horkého plynu v jeho raných stádiích ke hvězdám, planetám, lidem a článkům o čase - je stále možné, že roste v nepořádku. Je to proto, že gravitace spojená s velkými masami může vtáhnout hmotu do zdánlivě uspořádaných stavů - s rostoucím nepořádkem, o kterém si myslíme, že by se mělo odehrát, se v gravitačních polích nějak skrývá. Porucha tedy může růst, i když ji nevidíme.
Ale vzhledem k tendenci přírody upřednostňovat nepořádek, proč vesmír začal v takovém pořádném stavu? To je stále považováno za záhadu. Někteří vědci tvrdí, že Velký třesk možná ani nebyl začátkem, ve skutečnosti mohou existovat „paralelní vesmíry“, kde čas plyne různými směry.
Vyprší čas?
Čas měl začátek, ale to, zda bude mít konec, závisí na povaze temné energie, která způsobuje, že se rozšiřuje rychleji. Rychlost této expanze by nakonec mohla roztrhat vesmír a donutit ho, aby skončil ve Velké Rip; alternativně by se temná energie mohla rozpadnout, obrátit Velký třesk a ukončit vesmír velkou kompresí; nebo by se vesmír mohl navždy rozšířit.
Skončí však některý z těchto budoucích scénářů v čase? Podle zvláštních pravidel kvantové mechaniky mohou malé náhodné částice na okamžik vypadnout z vakua - něco, co se neustále pozoruje v experimentech s fyzikou částic. Někteří tvrdí, že temná energie může způsobit takové „kvantové výkyvy“, vytvořit nový Velký třesk, ukončit naši časovou osu a zahájit novou. I když je to nesmírně spekulativní a vysoce nepravděpodobné, víme, že teprve tehdy, když rozumíme temné energii, poznáme osud vesmíru.
Jaký je tedy nejpravděpodobnější výsledek? Čas ukáže.