Kuvittele, että aika kuluu taaksepäin. Ihmiset kasvavat nuoremmiksi, eivät vanhemmiksi, ja pitkäaikaisen noorentämisen jälkeen - unohtaen kaiken tietämänsä - kuolevat vauvoina. Havaitsimme samanlaisen ajanjakson Francis Fitzgerald -romaanin "Benjamin Buttonin salaperäinen tarina" sankarissa. Mutta yllättäen, ajan suunta on myös kosmologien ongelma.
Joten miksi aika liikkuu aina eteenpäin? Onko se aina niin?
Onko ajalla alku?
Kaikkien ajankäyttöjen on viime kädessä perustuttava itse kosmoksen evoluutioon. Kun katsot maailmankaikkeutta, näet tapahtumia, jotka tapahtuivat menneisyydessä - vie aikaa, ennen kuin tähtivalo saavuttaa meidät. Itse asiassa jopa yksinkertaisin havainto voi auttaa meitä ymmärtämään kosmologista aikaa: esimerkiksi sitä, että yötaivas on pimeä. Jos maailmankaikkeudella olisi ääretön menneisyys ja sen laajuus olisi ääretön, yötaivas olisi ehdottoman kirkas - täynnä avaruudessa olevan äärettömän määrän tähtiä, joka on aina ollut olemassa.
Pitkään kauan tutkijat, mukaan lukien Albert Einstein, ajattelivat, että maailmankaikkeus oli staattinen ja ääretön. Sen jälkeen havainnot ovat osoittaneet, että se todella laajenee ja kiihtyy. Tämä tarkoittaa, että sen on tultava pienemmästä tilasta, jota kutsumme suureksi räjähdykseksi, mikä tarkoittaa, että aika on alku. Itse asiassa, jos etsimme riittävän vanhaa valoa, saatamme jopa nähdä Big Bang -jäännöksen säteily - kosmisen mikroaaltotausta. Tämä havainto oli ensimmäinen askel maailmankaikkeuden iän määrittämisessä.
Mutta saalis on, Einsteinin erityinen suhteellisuusteoria osoittaa, että aika on suhteellinen: mitä nopeammin liikut ystäväsi suhteen, sitä hitaampi aika on sinulle suhteessa hänen ajan käsitykseensä. Niinpä laajenevien galaksien, pyörivien tähtien ja pyörivien planeettojen universumissamme ajan kokemus muuttuu: kaikki menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus ovat suhteellisia.
Onko olemassa universaaliaikaa?
Mainosvideo:
Osoittautuu, että koska maailmankaikkeus on keskimäärin sama kaikkialla ja näyttää keskimäärin samalta kaikkiin suuntiin, on "kosminen aika". Mittaa se, mitä meidän tarvitsee vain mitata kosmisen mikroaaltotaustan ominaisuudet. Kosmologit ovat käyttäneet tätä maailmankaikkeuden iän määrittämiseen; hänen avaruuskautensa. Osoittautuu, että maailmankaikkeus on 13,799 miljardia vuotta vanha.
Ajan nuoli
Joten tiedämme, että aika todennäköisimmin alkoi Ison räjähdyksen aikana. Mutta yksi kysymys on jäljellä: mikä on aika?
Vastauksen löytämiseksi meidän on tarkasteltava tilan ja ajan perusominaisuuksia. Avaruuden ulottuvuudessa voit liikkua edestakaisin; matkustajat kokevat tämän joka päivä. Mutta aika on erilainen, sillä on suunta, siirryt aina eteenpäin, eikä päinvastoin. Joten miksi ajan mittaus on peruuttamaton? Tämä on yksi fysiikan tärkeimmistä ratkaisemattomista ongelmista.
Selittääksemme, miksi aika itsessään on peruuttamaton, meidän on löydettävä luonnossa prosesseja, jotka ovat myös peruuttamattomia. Yksi harvoista fysiikan (ja elämän!) Käsitteistä on, että asiat muuttuvat ajan myötä vähemmän "siistiiksi". Kuvailemme tätä käyttämällä fyysistä ominaisuutta, nimeltään entropia, joka tarkoittaa jotain tilattua.
Kuvittele laatikko kaasua, jossa kaikki hiukkaset sijoitettiin alun perin yhteen nurkkaan (tilattu tila). Ajan myötä niillä on taipumus yleensä täyttää koko laatikko (epäjärjestyksessä oleva tila), ja hiukkasten palauttaminen tilattuun tilaan vie energiaa. Se on peruuttamatonta. Se on kuin munan murtaminen ommelin valmistamiseksi - kun se hajoaa ja täyttää pannu, se ei koskaan muutu munanmuotoon. Sama on maailmankaikkeuden kanssa: sen kehittyessä kokonais entropia kasvaa.
Osoittautuu, että entropia on melko hyvä tapa selittää ajan nuole. Ja vaikka maailmankaikkeus saattaa näyttää tulleen järjestyksellisemmäksi, liikkumassa jo varhaisessa vaiheessa suhteellisen tasaisesti jakautuneen kuuman kaasun villistä merestä tähtiin, planeetoille, ihmisille ja ajankohtaisille artikkeleille - on silti mahdollista, että se kasvaa häiriössä. Tämä johtuu siitä, että painovoima, joka liittyy suuriin massoihin, voi vetää aineen näennäisesti järjestettyihin tiloihin - kasvava häiriö, jonka meidän mielestämme olisi pitänyt tapahtua, on jotenkin piilotettu painovoimakenttiin. Joten häiriö voi kasvaa, vaikka emme näe sitä.
Mutta kun otetaan huomioon luonnon taipumus suosia häiriöitä, miksi maailmankaikkeus alkoi niin järjestäytyneessä tilassa? Tätä pidetään edelleen salaisuutena. Jotkut tutkijat väittävät, että iso räjähdys ei ehkä edes ollut alku, tosiasiassa voi olla”rinnakkaisia universumeja”, joissa aika virtaa eri suuntiin.
Aika loppuu?
Aikalla oli alku, mutta onko sillä loppua, riippuu tumman energian luonteesta, joka aiheuttaa sen laajenemisen kiihtyvällä nopeudella. Tämän laajentumisen nopeus voi lopulta revitä maailmankaikkeuden toisistaan, pakottaen sen loppumaan Suuri Rip; Vaihtoehtoisesti, tumma energia voi rappeutua, kääntää Big Bang ja loppua maailmankaikkeuden Big Compression; tai maailmankaikkeus saattaa vain laajentua ikuisesti.
Mutta loppuuko jokin näistä tulevaisuuden skenaarioista ajoissa? No, kvanttimekaniikan outojen sääntöjen mukaan pienet satunnaiset hiukkaset voivat hetkeksi pudota tyhjiöstä - jotain, jota havaitaan jatkuvasti hiukkasfysiikan kokeissa. Jotkut väittävät, että tumma energia voi aiheuttaa tällaisia "kvanttivaihteluita", luomalla uuden Big Bang, lopettaen aikajanaamme ja aloittamalla uuden. Vaikka tämä on erittäin spekulatiivista ja erittäin epätodennäköistä, tiedämme, että vasta ymmärtäessämme pimeän energian tiedämme maailmankaikkeuden kohtalon.
Joten mikä on todennäköisin tulos? Aika kertoo.