Kujutage ette, et aeg jookseb tagurpidi. Inimesed muutuvad nooremaks, mitte vanemaks, ja pärast pikka elu järkjärgulist noorendamist - unustades kõik, mida nad teavad -, surevad nad beebidena. Sarnast aja möödumist vaatasime Francis Fitzgeraldi romaani "Benjamin Buttoni salapärane lugu" kangelastes. Kuid üllataval kombel on aja suund probleemiks ka kosmoloogidele.
Miks siis aeg alati edasi liigub? Kas see on alati nii?
Kas kellaajal on algus?
Mis tahes aja universaalne kontseptsioon peab lõppkokkuvõttes põhinema kosmose enda arengul. Universumit vaadates näete sündmusi, mis toimusid minevikus - tähevalguse jõudmine meieni võtab aega. Tegelikult võib isegi kõige lihtsam vaatlus aidata meil mõista kosmoloogilist aega: näiteks asjaolu, et öötaevas on pime. Kui universumil oleks lõpmatu minevik ja selle ulatus oleks lõpmatu, oleks öine taevas absoluutselt hele - täidetud lõputu hulga kosmoses olevate tähtede valgusega, mis on alati olemas olnud.
Pikka aega arvasid teadlased, sealhulgas Albert Einstein, et universum oli staatiline ja lõpmatu. Pärast seda on vaatlused näidanud, et see tegelikult laieneb ja kiireneb. See tähendab, et see peab tulema kompaktsemast riigist, mida me nimetame Suureks Pauguks, mis tähendab, et kellaajal on algus. Tegelikult, kui otsime piisavalt vana valgust, võime näha isegi Suure Paugu kiirguskiirgust - kosmilise mikrolaine tausta. See realiseerimine oli esimene samm universumi vanuse määramisel.
Kuid saak on olemas, Einsteini spetsiaalne relatiivsusteooria näitab, et aeg on suhteline: mida kiiremini liigute oma sõbra suhtes, seda aeglasem aeg on teie jaoks, võrreldes tema aja tajuga. Seega meie laieneva galaktikate, pöörlevate tähtede ja pöörlevate planeetide universumis aja kogemus muutub: kõik minevik, olevik ja tulevik on suhtelised.
Kas on olemas universaalaeg?
Reklaamvideo:
Selgub, et kuna universum on keskmiselt kõikjal ühesugune ja keskmiselt kõigis suundades ühesugune, on olemas "kosmiline aeg". Selle mõõtmiseks peame mõõtma vaid kosmilise mikrolaine tausta omadusi. Kosmoloogid on seda kasutanud universumi vanuse määramiseks; tema kosmoseajastu. Selgub, et universum on 13,799 miljardit aastat vana.
Aja nool
Nii et me teame, et aeg algas tõenäoliselt Suure Paugu ajal. Kuid jääb üks küsimus: mis on aeg?
Vastuse leidmiseks peame uurima ruumi ja aja põhilisi omadusi. Ruumi mõõtmes saate liikuda edasi ja tagasi; reisijad kogevad seda iga päev. Kuid aeg on erinev, sellel on suund, liigute alati edasi ja mitte vastupidi. Miks on aja mõõtmine pöördumatu? See on üks peamisi lahendamata probleeme füüsikas.
Selgitamaks, miks aeg ise on pöördumatu, peame leidma looduses protsessid, mis oleksid ka pöördumatud. Üks vähestest sellistest mõistetest füüsikas (ja elus!) On see, et aja jooksul muutuvad asjad vähem "puhtaks". Kirjeldame seda, kasutades füüsikalist omadust nimega entroopia, mis tähistab midagi tellitud.
Kujutage ette kasti bensiini, milles kõik osakesed paigutati algselt ühte nurka (tellitud olek). Aja jooksul kipuvad nad loomulikult täitma kogu kasti (korratu olek) ja osakeste järjestatud olekusse naasmiseks kulub energiat. See on pöördumatu. See on nagu muna purustamine omleti valmistamiseks - kui see laguneb ja panni täidab, ei muutu see kunagi munakujuliseks. Sama on universumiga: arenedes suureneb kogu entroopia.
Selgub, et entroopia on üsna hea viis aja noole selgitamiseks. Ja kuigi universum võib tunduda muutuvat korrapärasemaks, mitte vähem - liikudes selle varases staadiumis suhteliselt ühtlaselt jaotunud kuuma gaasi metsikust merest tähtede, planeetide, inimeste ja ajaartiklite juurde -, on siiski võimalik, et see kasvab häiretes. Selle põhjuseks on asjaolu, et suurte massidega seotud raskusjõud võib aine suunata näiliselt korrastatud olekutesse - suureneva korralagedusega, mis meie arvates pidanuks toimuma, on kuidagi peidetud gravitatsiooniväljadesse. Nii et häire võib kasvada ka siis, kui me seda ei näe.
Kuid arvestades looduse kalduvust korratust soosida, miks sai universum alguse sellises korras olekus? Seda peetakse endiselt saladuseks. Mõned teadlased väidavad, et Suur Pauk ei olnud võib-olla isegi algus, tegelikult võib esineda "paralleelseid universumeid", kus aeg voolab eri suundades.
Kas aeg saab otsa?
Ajal oli algus, kuid see, kas sellel on lõpp, sõltub tumeda energia olemusest, mis põhjustab selle kiireneval laienemisel. Selle laienemise kiirus võib lõpuks universumi laiali rebida, sundides seda lõppema Suures Ripis; alternatiivina võib tume energia laguneda, pöörates ümber Suure Paugu ja lõpetades Universumi suure kokkusurumisega; või võib universum laieneda igavesti.
Kuid kas mõni neist tulevikustsenaariumidest saab õigeks ajaks otsa? Noh, kvantmehaanika veidrate reeglite järgi võivad pisikesed juhuslikud osakesed hetkega vaakumist välja kukkuda - seda on osakeste füüsika katsetes pidevalt täheldatud. Mõned väidavad, et tume energia võib põhjustada selliseid "kvant kõikumisi", luues uue Suure Paugu, lõpetades meie ajajoone ja alustades uut. Kuigi see on äärmiselt spekulatiivne ja äärmiselt ebatõenäoline, teame, et alles siis, kui mõistame pimedat energiat, saame teada universumi saatust.
Mis on kõige tõenäolisem tulemus? Aeg näitab.
