Strona główna / Popularnonaukowe / Stąd do wieczności i z powrotem. Poszukiwanie ostatecznej teorii czasu

Aktualności

18.01.2022

PORZUCIŁAM ISLAM, MUSZĘ UMRZEĆ - spotkanie premierowe z Marcinem Margielewskim

We wtorek 25 stycznia o godz. 20:00 zapraszamy na wirtualną premierę książki "Przuciłam islam, muszę umrzeć" z udziałem Marcina Margielewskiego.

Wywiady

25.08.2021

"Tajemnica Wzgórza Trzech Dębów". Wywiad z Piotrem Borlikiem

Zapraszamy do przeczytania wyjątkowego wywiadu z Piotrem Borlikiem. Z autorem książki "Tajemnica Wzgórza Trzech Dębów" rozmawiał Marcin Waincetel z Lubimyczytac.pl.

Posłuchaj i zobacz

27.11.2021

Rozmowa z Katarzyną Puzyńską

Zapraszamy do wysłuchania podcastu Katarzyną Puzyńską, autorką ksiązki "Chąśba".

Bestsellery

TOP 20

  1. Chąśba Katarzyna Puzyńska
  2. TOPR 2. Nie każdy wróci Beata Sabała-Zielińska
  3. Arabska kochanka Tanya Valko

Stąd do wieczności i z powrotem. Poszukiwanie ostatecznej teorii czasu

Sean Carroll

1. Przeszłość jest teraźniejszym wspomnieniem

„Czymże więc jest czas? Jeśli nikt mnie o to nie pyta, wiem.
Jeśli pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem.”
Św. Augustyn, Wyznania

Gdy kiedyś znajdziesz się w barze lub samolocie albo będziesz stał w kolejce w wydziale komunikacji, możesz zabić czas, pytając nieznajomych, jak zdefiniowaliby pojęcie czasu. Dokonałem takiej próby w ramach zbierania materiałów do tej książki. Usłyszałem wiele interesujących odpowiedzi: „Czas jest tym, co powoduje nasz ruch w życiu”, „Czas jest tym, co oddziela przeszłość od przyszłości”, „Czas jest częścią Wszechświata” i podobne w tym duchu. Moja ulubiona to: „Czasem jest sposób, w jaki dowiadujemy się, że coś się dzieje”.
Wszystkie te koncepcje zawierają jakieś ziarnko prawdy. Możemy czynić wysiłki, aby wyrazić pojęcie czasu słowami, ale pomimo to, jak św. Augustyn, potrafimy posługiwać się czasem całkiem efektywnie w naszym codziennym życiu. Większość ludzi wie, jak odczytywać czas na zegarze, jak określić, ile czasu zabiera przejazd do pracy lub zrobienie filiżanki kawy i jak zdążyć na obiad z przyjaciółmi o umówionej godzinie. Nawet jeśli nie potrafimy dokładnie określić, czym jest czas, to jego podstawowe zasady funkcjonowania mają dla nas intuicyjny sens.
Niczym Sąd Najwyższy, który nie potrafi ustalić definicji pornografii, możemy powiedzieć, że wiemy, czym czas jest, gdy widzimy jego upływ – i w wielu przypadkach to wystarcza. Istnieją jednak takie aspekty czasu, które pozostają wciąż tajemnicą. Czy rzeczywiście wiemy, co oznacza to słowo?
Co rozumiemy przez czas
Świat nie obdarza nas przewiązanymi piękną kokardką abstrakcyjnymi ideami, które musimy zrozumieć i pogodzić z innymi ideami. Świat raczej obdarza nas zjawiskami i rzeczami, które obserwujemy i zauważamy, z których następnie budujemy pojęcia pozwalające lepiej zrozumieć, jaki związek mają te zjawiska z resztą naszych doświadczeń. W przypadku tak subtelnych idei jak entropia jest to całkiem oczywiste. Idąc ulicą, nie napotykamy entropii, musimy zaobserwować różnorodność zjawisk przyrody i wyróżnić pewien wzorzec, który poddaje się opisowi za pomocą nowego pojęcia „entropii”. Uzbrojeni w tak pomocne pojęcie możemy zaobserwować więcej zjawisk i zainspirowani nimi udoskonalić swoje pierwotne wyobrażenie, czym jest entropia.
Mniej oczywisty jest fakt, że idea tak prosta i niezbędna jak „czas” nie została nam dana przez Wszechświat, lecz sami ją wynaleźliśmy – czas jest czymś, bez czego nie umiemy żyć. Jednak do zadań nauki (i filozofii) należy przekształcenie intuicyjnego podstawowego pojęcia, takiego jak „czas”, w coś ściśle określonego. Przekonujemy się po drodze, że nie używaliśmy tego słowa w sposób jednoznaczny; ma ono kilka zupełnie różnych znaczeń, z których każde zasługuje na staranne wyjaśnienie.
Czas występuje w trzech różnych znaczeniach, które będą dla nas ważne.
1. Czas określa chwile we Wszechświecie.
Czas jest współrzędną – pomaga umiejscawiać rzeczy.
2. Czas jest miarą interwału między zdarzeniami.
Czas jest tym, co mierzy zegar.
3. Czas to medium, w którym się poruszamy.
Czas jest czynnikiem zmian. Poruszamy się w nim lub – równoważnie – czas przepływa koło nas, od przeszłości, poprzez teraźniejszość, ku przyszłości.
Na pierwszy rzut oka wszystko to brzmi dość znajomo. Czas wyznacza momenty, mierzy trwanie i płynie od przeszłości do przyszłości, to oczywiste, nie ma w tym nic kontrowersyjnego. Gdy zaś zagłębimy się bardziej, zobaczymy, że te idee nie muszą mieć ze sobą związku, reprezentują bowiem logicznie niezależne koncepcje, które są ściśle wplecione w rzeczywisty świat. Dlaczego tak jest? Odpowiedź na to pytanie ma większe znaczenie, niż sądzą uczeni.
1. Czas określa chwile we Wszechświecie
Johna Archibalda Wheelera, znanego amerykańskiego fizyka, który wymyślił nazwę dla czarnej dziury, zapytano kiedyś, jak zdefiniowałby „czas”. Po chwili zastanowienia odpowiedział następująco: „Czas to sposób, w jaki Natura powstrzymuje zdarzenia przed jednoczesnym pojawieniem się”.
Jest w tym wiele prawdy i więcej niż trochę sensu. Gdy rozmyślamy o świecie, nie jak uczeni lub filozofowie, ale jak zwyczajni ludzie, określamy zwykle „świat” jako zbiór rzeczy rozmieszczonych w różnych miejscach. Fizycy wszystkie miejsca łączą ze sobą i cały zbiór nazywają „przestrzenią” oraz, w zależności od kontekstu, potrafią odróżniać rodzaje rzeczy, które mogą istnieć w przestrzeni, takie jak atomy, cząstki elementarne, pola kwantowe. Podstawowa idea jest jednak taka sama. Siedząc w pokoju, odczuwamy obecność kilku różnych mebli, kilku książek, być może innych ludzi, a może i czegoś do jedzenia, a już na pewno cząsteczek powietrza. Czyli zbiór tych wszystkich rzeczy, zewsząd, od najbliższego otoczenia do najdalszych zakątków przestrzeni, jest „światem”.
Świat podlega zmianom. Obserwujemy obiekty ułożone w pewien określony sposób, ale obserwujemy je także ułożone inaczej. (Bardzo trudno sformułować jakieś sensowne zdanie o tym bez odwołania się do pojęcia czasu). Nie obserwujemy różnych konfiguracji „jednocześnie” ani „naraz”. Obserwujemy jedną konfigurację – my tutaj, a tam sofa i kotka na naszych kolanach – a potem obserwujemy inną – kotka zeskoczyła z kolan poirytowana brakiem naszego zainteresowania, bo jesteśmy pochłonięci lekturą książki. W ten sposób odbieramy istnienie świata, raz za razem, w rozmaitych konfiguracjach różniących się jakoś między sobą. Na całe szczęście, umiemy te konfiguracje oznaczyć tak, aby wiedzieć, która jest którą. Kicia odbiega od nas „teraz”, ale „wtedy” była na kolanach. To oznaczanie jest właśnie czasem.
Świat więc istnieje i co więcej, istnieje raz za razem. W tym sensie jest podobny do kolekcji różnych klatek z rolki filmu nakręconego kamerą, której obiektyw obejmuje cały Wszechświat. (O ile nam wiadomo, taki film ma nieskończenie wiele klatek, nieskończenie mało odróżniających się od siebie). Film oczywiście to coś więcej niż zbiór pojedynczych klatek. Te klatki muszą być odpowiednio uporządkowane, tak aby film miał sens. Czas spełnia to zadanie. Możemy powiedzieć znacznie więcej niż: to się „zdarzyło”, i to „także się zdarzyło”, i tamto „też się zdarzyło”. Możemy powiedzieć, że to zdarzyło się, „zanim” tamto się zdarzyło, a tamto wydarzy się „potem”. Czas to nie tylko etykieta opisująca każdą chwilę świata, ustawia on chwile w ciąg, nadając im określone uporządkowanie.
Oczywiście, film nie zawiera w polu obiektywu całego Wszechświata. Z tego powodu robienie filmu musi opierać się na „cięciach” – nagłych skokach od jednej sceny do innej. Wyobraźmy sobie taki film, w którym każde przejście od jednej klatki do drugiej jest cięciem pomiędzy zupełnie odmiennymi scenami. Gdy wyświetlimy go za pomocą projektora, będzie on zupełnie niezrozumiały – na ekranie zobaczymy kompletny chaos. Być może istnieje już jakiś francuski film awangardowy nakręcony tą techniką.
Rzeczywisty Wszechświat nie jest francuskim filmem awangardowym. Odczuwamy pewną ciągłość w czasie – jeśli kotka siedzi nam na kolanach teraz, to możemy mieć pewne obawy, że zeskoczy z nich, ale nie powinniśmy się niepokoić, że po prostu zdematerializuje się w następnym momencie. Nie ma całkowitej ciągłości na poziomie mikroskopowym; cząstki mogą pojawiać się i znikać lub przekształcać w odpowiednich warunkach w inny rodzaj cząstek. Jednak nie istnieje całościowe przekształcanie się rzeczywistości z jednej chwili do drugiej.
Ten fenomen trwania pozwala nam myśleć o świecie w inny sposób. Zamiast wyobrażać sobie zbiór rzeczy rozmieszczonych w przestrzeni, które ciągle zmieniają swoją konfigurację, możemy uzmysłowić sobie, za jednym zamachem, całą historię świata lub jednej konkretnej istniejącej w nim rzeczy. Zamiast wyobrażać sobie Kicię jako pewien układ komórek i płynów ustrojowych, możemy pomyśleć o jej całym życiu rozciągającym się w czasie, od urodzin do śmierci. Historia obiektu (kota, planety, elektronu) rozciągająca się w czasie definiuje jego linię świata – trajektorię, jaką zakreśla obiekt w trakcie upływu czasu3. Linia świata obiektu jest właśnie pełnym zbiorem położeń, jakie obiekt miał w świecie, oznakowanych konkretną chwilą dla każdego z tych położeń.
Znajdując siebie samych
Rozważając całą historię Wszechświata od razu, a nie myśląc o nim jako zbiorze rzeczy nieustannie poruszających się, robimy pierwszy krok ku przyjęciu czasu jako „czegoś w rodzaju przestrzeni”, czym zajmiemy się w dwóch następnych rozdziałach. Używamy obu pojęć, czasu i przestrzeni, w celu umiejscowienia zdarzeń dziejących się we Wszechświecie. Gdy chcemy spotkać się z kimś w kawiarni lub umówić się w kinie, albo pojawić w pracy razem z innymi, musimy sprecyzować czas: „Spotkajmy się w kawiarni o osiemnastej w ten czwartek”.
Gdy chcemy się z kimś spotkać, nie wystarczy sprecyzowanie czasu, musimy także określić miejsce spotkania. (O jakiej kawiarni tutaj mówimy?) Fizycy mówią o przestrzeni, że jest „trójwymiarowa”. Oznacza to, że wystarczą nam trzy liczby, aby jednoznacznie określić konkretne położenie. Jeśli położenie znajduje się blisko Ziemi, fizyk poda długość i szerokość geograficzną oraz wysokość ponad powierzchnię. Jeśli w astronomicznej skali położenie jest bardziej oddalone od Ziemi, to możemy określić kierunek na niebie (dwie liczby, analogiczne do długości i szerokości geograficznej) plus odległość od Ziemi. Niezależnie od tego, jak wybieramy te trzy liczby, najważniejsze jest to, że zawsze są tylko trzy. Stanowią one współrzędne położenia w przestrzeni. Możemy je sobie wyobrażać jako etykietki przyczepione do każdego punktu, które określają precyzyjnie, jakie współrzędne ma ten punkt. (…)