Fizycy o zjawisku czasu

… czyli o różnych jego modelach

   Czas jest jednym z parametrów służących do opisu naszego otoczenia. Nauki i religie opisują nasze otoczenie za pomocą liter i słów. Czas przedstawiają  zazwyczaj w:
● postaci liniowej biegnącej od minus nieskończoności do plus nieskończoności (czas absolutny),
● od określonego punktu w przeszłości (wielki wybuch ok. 13,7mld lat temu) do plus nieskończoności,
● w kształcie spirali (charakter cykliczny właściwy dla systemów hinduskich),
● jako odcinek ograniczony i nieskończony (zaczyna się na krótko przed narodzeniem człowieka i kończący w jakimś momencie po jego śmierci, kiedy zanika pamięć o człowieku – właściwy dla kultur afrykańskich).
Nieco inaczej czas postrzegają fizycy … Nauka opisuje czas za pomocą liczb lub w nawiązaniu do nich.

  W fizyce klasycznej sprawa była prosta: istnieje nieskończona przestrzeń i niezależny od niej czas. Czas płynie jednakowo w każdym punkcie Wszechświata. Czas rozciąga się od minus nieskończoności do plus nieskończoności. Nawet jeśli kiedyś Wszechświat był doskonałą próżnią to w tej pustej przestrzeni płynął czas w takim samym tempie jak i dziś. Czas był wielkością od niczego niezależną.

.

   W teorii względności czas jest czwartą współrzędną. Obiekty znajdują się w przestrzeni czterowymiarowej, z tego trzy wymiary związane są z przestrzenią. Czas może się wydłużać i skracać, a nawet całkowicie zatrzymać. Jest związany z grawitacją, a także prędkością przemieszczania się ciał.

    Kolejność zdarzeń, a zatem i takie pojęcia jak „przyczyna” i „skutek”, nie mają charakteru uniwersalnego i są zależne od obserwatora. W zależności od położenia obserwatora w sekwencji zdarzeń może zachodzić kolejność A, B, C lub C, B, A – każda kolejność będzie jednakowo prawdziwa. Będący przyczyną pożar lasu może wywoływać skutek w postaci rzucenia niedopałka papierosa, roztrzaskany cel może spowodować wystrzelenie kuli z armaty, a wydanie na świat potomstwa może powodować wśród ludzi chęć zbliżenia, a potem nawet zawarcia związku małżeńskiego (chociaż w przypadku ludzi … każdy scenariusz jest jednakowo prawdopodobny). Gdybyśmy jednak poruszali się ze zmiennymi względem siebie prędkościami bliskimi prędkości światła wówczas pojęcia przeszłości, teraźniejszości i przyszłości utraciłyby sens! A przecież prędkość poruszania w pierwszym rzędzie zależy od naszego miejsca w kosmosie.

    Wracając jednak na Ziemię … W zależności od położenia obserwatora względne są pojęcia przeszłości, teraźniejszości i przyszłości: to co dla obserwatora A jest przeszłością, o której być może zdążył już nawet zapomnieć, to dla obserwatora B zachodzi dopiero obecnie, a dla obserwatora C zdarzenia te wydarzą się dopiero w odległej przyszłości. Konkretyzując, supernowa SN2006 o masie 150 razy większej od naszego Słońca wybuchła 250 lat temu grzebiąc przy tym obserwatora, który nieopatrznie znalazł się w jej pobliżu, my ziemianie informację o jej wybuchu powzięliśmy dopiero we wrześniu 2006 r. i obserwowaliśmy to zjawisko przez około 70 dni, a hipotetyczni mieszkańcy jednej z licznych planet galaktyki Karła Psów Gończych (znajdującej się w konstelacji Psów Gończych) żyją nadal w błogim przeświadczeniu, że supernowa SN2006 świeci wieczorem na ciemnogranatowym niebie i informację o jej wybuchu powezmą dopiero za około 720 tysięcy lat (licząc ludzką miarą). Niewykluczone, że duża część rozgwieżdżonego nieba, które obserwujemy wieczorami, już od dawna nie istnieje. Dla fizyków podzielających poglądy teorii względności, a takich jest zdecydowana większość, czas nie „przepływa” przez zajmowaną przez nas przestrzeń, ale jest jednym z jej wymiarów podobnie jak długość, szerokość i wysokość. A zatem to nie czas przez nas „przepływa”, ale to my się w nim przemieszczamy. Odczuwany przez nas upływ czasu jest zjawiskiem wyłącznie neurologicznym, iluzją!

    Od czasu opublikowania przez Einsteina w 1905 r. szczególnej teorii względności przyjęto do opisu czasu używać terminologii i modeli zaczerpniętych z geometrii.

 Fizyka kwantowa postrzega nasze otoczenia odmiennie do naszego intuicyjnego pojmowania jego istoty. Nie ma w nim obiektów, które rejestrują nasze zmysły i przyrządy. Istnieją wyłącznie procesy. „Ponieważ używamy czasoprzestrzeni euklidesowych, w których czas jest traktowany tak samo, jak przestrzeń, czasoprzestrzeń może mieć skończoną rozciągłość i równocześnie nie mieć żadnych osobliwości stanowiących granice lub brzeg. Czasoprzestrzeń może przypominać powierzchnię kuli w czterech wymiarach. Powierzchnia kuli ma skończoną rozciągłość, a jednak nie ma granic ani brzegów! W kwantowej teorii otwiera się nowa możliwość: czasoprzestrzeń może nie mieć żadnych brzegów, a więc nie ma potrzeby, by określać zachowanie Wszechświata na brzegu. Nie ma żadnych osobliwości, w których załamują się prawa nauki, ani żadnych brzegów czasoprzestrzeni wymagających odwołania się do pomocy Boga lub do jakiegoś zbioru nowych praw wyznaczających warunki brzegowe dla czasoprzestrzeni. Taki Wszechświat byłby całkowicie samowystarczalny i nic z zewnątrz nie mogłoby nań wpływać. Nie mógłby być ani stworzony, ani zniszczony. Mógłby tylko być”.

    Kosmologia kwantowa godzi  prawa fizyki kwantowej z prawami ogólnej teorii względności. Opublikowana została w 1983 r.  przez Stephena Hawkinga (ur. 1942) oraz Jima Hartle’a. Według tej kosmologii Wszechświat powstał z niczego. Z „niczego” oznacza jednak w tym przypadku przejście z jednego stanu, który oznaczymy jako „nic” do innego stanu, który oznaczymy jako „coś” (czyli stan różny od „nic”). Jeżeli prawdopodobieństwo takiego przejścia byłoby różne od zera, to Wszechświat mógłby powstać z niczego.

   Dzięki prostemu trickowi matematycznemu (tzw. transformacji Wicka) czas przedstawiony został w układzie dwóch współrzędnych: czasu rzeczywistego i czasu urojonego. „Historia wszechświata w czasie rzeczywistym określa historię w czasie urojonym i na odwrót, ale te dwie historie mogą się bardzo różnić. W szczególności w czasie urojonym Wszechświat nie musi mieć ani początku ani końca […] Wszechświat byłby całkowicie samowystarczalny, nie potrzebowałby żadnego czynnika zewnętrznego, który nakręciłby i uruchomił jego mechanizm”. Za pomocą wzoru można zatem wywieźć i dowodzić, że nie musi istnieć żaden początek. Parę matematycznych sztuczek powoduje, że niedawna niedorzeczność staje się obecną oczywistością. „Taki Wszechświat miałby wiele możliwych historii […] Mamy więc wielką obfitość możliwych Wszechświatów”.

    Według wielu filozofów język determinuje nasz ogląd rzeczywistości. Według nich to jak wygląda nasze otoczenie jest zależne od języka jakim się posługujemy.

    Podobne spostrzeżenie można odnieść do cyfr. Liczby to abstrakcyjne instrumenty, którym przypisujemy jakieś właściwości. Z czasem te instrumenty (symbole) zaczynają żyć własnym życiem. Ich ułożenie ma nas informować o domniemanym porządku w naszym otoczeniu, o zachowaniu natury. Układamy te symbole (liczby) w najprzeróżniejsze wzory i szlaczki, i próbujemy nimi zaczarować rzeczywistość. Nawet najmniejszy fragment naszego otoczenia próbujemy zamknąć w jakimś szlaczku. Wymyślamy i będziemy nadal wymyślać coraz to nowe symbole i rodzaje liczb, i przypisywać im coraz to nowe właściwości, żeby wierniej opisać to co nas otacza. Często zdarza się jednak, że układamy szlaczki, które wprawdzie są „wielkiej urody”, ale nie sposób zweryfikować ich doświadczalnie. Ulegamy czarowi estetyki szlaczków w podobny sposób jak potrafimy zachwycać się koniem w galopie, statkiem pod pełnymi żaglami czy pięknem kobiecego ciała. Ostatecznie, my jednak nie badamy rzeczywistości, ale próbujemy ją wyczarować z pięknych szlaczków. Niewiele odbiegamy tym działaniem od praktyk szamanów plemiennych, którzy chcieli wpływać na rzeczywistość zaklęciami, przedmiotami i zachowaniem (w tym także składaniem ofiar).