Jak může gravitace vysvětlit, proč čas jde jen dopředu?

Nemůžeme zastavit čas. I v dopravní zácpě, když se zdá, že čas zamrzne a zastaví se. Úspora světla ve dne také nepomáhá, čas nevyhnutelně usiluje kupředu. Proč ne zpátky? Proč si pamatujeme minulost, ne budoucnost? Fyzici se domnívají, že odpověď na tuto hlubokou a komplexní otázku se může skrývat v gravitaci, která je nám všem dobře známa..

Základní zákony fyziky se nestarají vůbec o to, jakým směrem se čas pohybuje. Například pravidla, která regulují oběžné dráhy planet, fungují bez ohledu na to, zda se pohybujete vpřed nebo vzad v čase. Pohyby ve sluneční soustavě si můžete prohlédnout v opačném pořadí a budou vypadat zcela normálně, aniž by došlo k porušení některého ze zákonů fyziky. Co odlišuje budoucnost od minulosti?

"Problémem šípu času jsou vždy lidé, kteří se potýkají s problémy," říká Flavio Mercati z Institutu perimetru pro teoretickou fyziku ve Waterloo v Kanadě..

Většina lidí, kteří přemýšlejí o šipce času říkají, že je určena entropií, množstvím zmatku (chaosu) v systému, ať už je to mísa kaše nebo vesmíru. Podle druhého zákona termodynamiky roste celková entropie uzavřeného systému. Jak entropie roste, čas se pohybuje stejným směrem..

Když se kostka ledu ve skle roztaví a zředí například whisky a koks, entropie roste. Když rozbijete vejce, entropie roste. Oba příklady jsou nevratné: nemůžete zmrazit kostku ledu ve sklenici s teplou colou nebo znovu sbírat vejce. Sled událostí - a tedy i času - se pohybuje pouze jedním směrem..

Jestliže šipka času následuje růst entropie, a jestliže entropie ve vesmíru vždy se zvětší, pak v nějakém bodě v minulosti entropie měla být nízká. Zde se zrodí tajemství: proč byla entropie vesmíru na počátku nízká?

Podle Mercatiho a jeho kolegů neexistoval vůbec žádný počáteční počáteční stav. Místo toho se stát, který ukázal čas pohybu vpřed, objevil přirozeně ve vesmíru pod diktátem gravitace. Tento argument byl odhalen vědci v nedávno publikovaném dokumentu v dopisech Fyzická recenze..

Aby vědci otestovali své myšlenky, modelovali vesmír ve formě sbírky tisíců částic, které vzájemně ovlivňují pouze gravitací a představují galaxie a hvězdy plovoucí ve vesmíru..

Vědci zjistili, že bez ohledu na výchozí pozice a rychlosti, v určitém okamžiku, částice nevyhnutelně ocitnou seskupeny do míče, než se znovu rozptýlí. Tento moment lze nazvat ekvivalentem Velkého třesku, kdy se celý vesmír zmenší na nekonečně malý bod..

Namísto použití entropie vědci popisují svůj systém pomocí hodnoty, kterou sami nazývají „složitostí“, definovanou jako hrubý poměr vzdálenosti mezi dvěma částicemi, které jsou od sebe vzdálenější než zbytek mezi dvěma nejbližšími částicemi. . Když se všechny částice drží dohromady, zapletení je na své nejnižší hodnotě..

Klíčovou myšlenkou v této věci, jak vysvětluje Mercati, je toto: tento okamžik nejmenšího zapletení vzniká přirozeně ze skupiny gravitačně interagujících částic - nevyžadují se žádné zvláštní podmínky. Zapletení se zvyšuje, jak se částice rozcházejí, což představuje jak expanzi vesmíru, tak pohyb času dopředu..

Pokud to nestačí, události, které se odehrály před seskupením částic - tedy před Velkým třeskem - se posunuly ve druhém časovém směru. Pokud z tohoto bodu ztratíte události, částice se budou postupně rozptylovat z klastru. Jelikož zapletení roste v tomto opačném směru, bude tato druhá šipka času také ukazovat na minulost. Který, na základě druhého času, bude ve skutečnosti „budoucností“ jiného vesmíru, který existuje na druhé straně Velkého třesku. Velmi matoucí, souhlasím.

Tato myšlenka je podobná té, kterou navrhli před 10 lety fyzici Sean Carroll a Jennifer Chen z Kalifornského technologického institutu. Spojili šíp času s nápady popisujícími inflaci, prudkou a rychlou expanzi vesmíru, ke které došlo bezprostředně po Velkém třesku..

„Na této myšlence je zajímavé, že je s námi zcela logicky spojena,“ řekl Carroll a popsal její práci použitelnou na šípku času. související s Velkým třeskem.

Spojení směru času s jednoduchým systémem klasické fyziky je relativně nové, říká fyzik Steve Carlip z University of California, Davis. Novinkou v tomto je opuštění entropie ve prospěch myšlenky zapletení. Problém entropie spočívá v tom, že je definován z hlediska energie a teploty, které jsou měřeny vnějším mechanismem jako teploměr. V případě vesmíru neexistuje žádný vnější mechanismus, takže potřebujete hodnotu, která se nespoléhá na žádnou z měrných jednotek. Naopak zmatek je bezrozměrný přístup a splňuje všechny požadavky..

To neznamená, že entropie musí být zcela opuštěna. Naše každodenní zkušenosti - stejně jako vaše skvělá limonáda - se opírají o entropii. Když však uvažujeme o otázce času na kosmických stupnicích, měl by se použít termín zapletení, nikoli entropie..

Jedním z hlavních omezení tohoto modelu je to, že se vyrábí výhradně na základě klasické fyziky, zcela ignoruje kvantovou mechaniku. Nezahrnuje ani Einsteinovu obecnou teorii relativity. Neexistuje žádná temná energie ani nic jiného, ​​co je potřeba k vytvoření přesného modelu vesmíru. Výzkumníci však přemýšlejí o tom, jak do modelu začlenit realističtější fyziku, což by pak umožnilo provádět ověřitelné předpovědi..

"Velkým problémem pro mě je, že existuje mnoho různých fyzických šípů času," říká Carlip. Přímý směr času se nejčastěji projevuje zcela bez spojovací gravitace. Například světlo je vždy vyzařováno z lampy - a nikdy směrem k němu. Radioaktivní izotopy se rozpadají na lehčí atomy, nikoliv naopak. Proč tedy šíp času, vycházející z gravitace, tlačí další šipky času stejným směrem?

"To je velká otázka, která zůstává otevřená. Myslím, že pokud na tuto otázku nikdo nemá dobrou odpověď".