Füüsika peamiste teooriate kohaselt on Universum stabiilne moodustis, milles luuakse vaid aja liikumise illusioon. Mõni füüsik loodab siiski, et aja füüsika teooria tuleb selle asemele.
Einstein nimetas kunagi oma sõpra Michele Bessot "parimaks teadlaste ideede kuulajaks" Euroopas. Nad õppisid koos Zürichi ülikoolis ja tegid seejärel koostööd Berni patendiametis. Kui Besso suri 1955. aasta kevadel, kirjutas Einstein, teades, et tema aeg on lähenemas, ja nüüd Besso perekonnale kuulus kiri. "Ja nii lahkus ta sellest kummalisest maailmast pisut varem kui mina," kirjutas Einstein oma sõbra surmast. - See ei tähenda absoluutselt mitte midagi. Meie, veendunud füüsikute jaoks, on mineviku, oleviku ja tuleviku eristamine lihtsalt püsiv illusioon."
Einsteini avaldus polnud pelgalt katse oma sõbra peret lohutada. Paljud füüsikud väidavad, et Einsteini positsioon toetub tänapäevase füüsika kahele sambale: Einsteini meistriteos, üldrelatiivsus ja osakeste füüsika standardmudel. Nende teooriate aluseks olevad seadused on ajas sümmeetrilised: see tähendab, et nende kirjeldatav füüsika jääb muutumatuks sõltumata muutuja nimega "aeg" suurenemisest või vähenemisest. Veelgi enam, nad ei ütle meile midagi selle punkti kohta, mida me määratleme kui "nüüd" - antud hetke (nagu meile tundub), vaid üsna ebakindlad, kui räägime universumist tervikuna. Piiratud ajatut ruumi nimetatakse mõnikord "universumiks" - ruumi ja aja staatiliseks plokiks,milles igasugune aja möödumine või liikumine selles peaks olema vaimne kujunemine või mõni muu pettekuju.
Paljud füüsikud on leppinud blokeeritud universumi ideega, väites, et füüsiku ülesanne on kirjeldada, milline on universum üksikute vaatlejate vaatevinklist. Varasema, oleviku ja tuleviku eristamise mõistmiseks peate „sukelduda sellesse universumi ja küsima:“Kuidas vaatleja kujutleb aega?”” Ütleb Andreas Albrecht, UC Davise füüsik ja üks teooria rajajaid. kosmiline inflatsioon.
Teised väljendavad tugevat erimeelsust, väites, et füüsika ülesanne on selgitada mitte ainult aja liikumise protsessi, vaid ka selle eesmärki. Nende jaoks pole universum staatiline. Aeg liigub füüsiliselt. “Mul on sellest ummistunud universumist juba kõrini,” ütleb Avshalom Elitzur, füüsik ja filosoof, kes töötas varem Bar Ilani ülikoolis. „Ma ei usu, et järgmisel neljapäeval on sama alus kui sellel. Tulevikku pole olemas. Ei eksisteeri! Ontoloogiliselt see pole nii."
Kuu aega tagasi kogunes Kanadas Waterloos Perimeetri teoreetilise füüsika instituudis umbes 60 füüsikut, aga ka mitmed filosoofid ja teadlased teistest teadusvaldkondadest, et arutada seda küsimust konverentsil "Aeg kosmoloogias". Konverentsi üks korraldajaid on füüsik Lee Smolin, tuntud plokiuniversumi idee kriitik (muude nähtuste hulgas). Tema positsiooni selgitatakse laiemas publikus ajakirjas Time Reborn: füüsika kriisist universumi tulevikuni ja palju spetsiifilisemale teosele Singular Universe and the Time Reality. kaasautor filosoof Roberto Mangabeira Ungeriga, kes oli ka selle konverentsi üks korraldajaid. Tema viimasel töökohalvastates Elitzuri kaalutlustele tuleviku spetsiifika puudumise kohta, kirjutab Smolin: "Tulevik on praegu ebareaalne ja tuleviku olemasolu kohta ei saa olla lõplikke fakte." Mis on tõeline, on „tulevaste sündmuste genereerimise protsess praeguste sündmuste järgi”, ütles ta konverentsil.
Publikus arutati mitmeid teemasid: mineviku, oleviku ja tuleviku eristamine; miks aeg näib liikuvat ainult ühes suunas; kas see on fundamentaalne või spontaanne. Enamik neist küsimustest jäi üllatusena lahendamata. Nelja päeva jooksul kuulasid konverentsist osavõtjad tähelepanelikult viimaseid ettepanekuid nende probleemide lahendamiseks - ja eriti seda, kuidas saaksime oma arusaama aja liikumisest ühitada staatilise, näiliselt ajatu universumiga.
Reklaamvideo:
Aeg on vaiba alla lõksus
On mitmeid punkte, mille üle pole vaidlust. Suundumus, mida me täheldame makroskoopilises maailmas, on väga reaalne: tassid purunevad, kuid nad ei saa spontaanselt kokku kleepuda, mune saab peksa, kuid nad ei naase algsesse olekusse. Entroopia - kaose mõõt maailmas - kasvab pidevalt, see on tõsiasi, mis on kindlaks tehtud termodünaamika teise seadusega. Nagu Austria füüsik Ludwig Boltzmann mõistis juba 19. sajandil, selgitab teine seadus, miks sündmused arenevad ühes suunas, mitte teises. Selle põhjuseks on aja nool.
Asjad muutuvad aga keerukamaks, kui astume sammu tagasi ja küsime, miks elame universumis, kus selline seadus toimib. "See, mida Boltzmann tõeliselt selgitas, on põhjus, miks entroopia on homme suurem kui täna," märkis California tehnikainstituudi füüsik Sean Carroll, kui istusime konverentsi teise päeva õhtul hotellibaaris. "Aga kui see oleks kõik, mida teadsite, siis ütleksite ka seda, et universumi entroopia oli eile suurem kui praegu, sest kogu aluseks olev dünaamika on täiuslikult ajasümmeetriline." See tähendab, et kui entroopia on üles ehitatud Universumi põhiseadustele ja need seadused liiguvad alati edasi-tagasi, siis kipub see (entroopia) tõusma ka aja vastupidises suunas. Kuid keegi ei usu, et entroopia selles suunas töötab. Katkised munad tehakse alati tervetest munadest, mitte kunagi vastupidi.
Püüdes seda mõista, eeldasid füüsikud, et universumi alguse ajal oli entroopia tase väga madal. Selles vaatenurgas, mida Columbia ülikooli füüsikafilosoof David Albert on nimetanud “mineviku hüpoteesiks”, tõuseb entroopia, kuna Suur Pauk tekitas universumi, mille entroopia oli väga madal. Ta sai ainult kasvada. Mineviku hüpotees tähendab, et munaraku purunemisel on kasu sündmustest, mis juhtusid peaaegu 14 miljardit aastat tagasi. “Mida peab Suur Pauk meile seletama: kuidas tekkisid terved munad?” Arutleb Carroll.
Mõned füüsikud on rohkem seotud mineviku hüpoteesiga kui teised. Katse võtta seda, mida me tänapäeva universumi struktuuris ei mõista, ja selgitada seda Suure Pauguga, võib tunduda vastutusest kõrvalehoidumisena või meie probleemide vaiba alla pühkimisega. Iga kord, kui me viitame algtingimustele, muutub vaibaalune hunnik suuremaks,”ütles Edinburghi kuningliku observatooriumi kosmoloog ja üks konverentsi korraldajatest Marina Cortes.
Smolin peab mineviku hüpoteesi pigem fiasko tunnistamiseks kui kasulikuks sammuks edasi. Nagu ta ütleb singulaarses universumis: „Selgitamist vajab põhjus, miks universum ei jõudnud isegi 13,8 miljardit aastat pärast suurt pauku tasakaalu, mis on määratluse järgi kõige tõenäolisem seisund ja mida vaevalt kurnab väide, et see pärineb vähem tõenäoline tingimus kui praegune."
Teised füüsikud rõhutavad aga, et kindlatel algtingimustel põhinevat süsteemi kirjeldavate teooriate väljatöötamine on asja järjekorras. Teooria ei peaks püüdma neid tingimusi selgitada.
Mõnede füüsikute arvates on mineviku hüpotees parema puudumisel pigem ajutine võimalus kui lõplik vastus küsimusele. Ehk kui meil veab, osutab ta kindlamale lahendusele. “Paljud inimesed ütlevad, et mineviku hüpotees on lihtsalt fakt, mida ei saa millegagi seletada. Ma ei välista seda võimalust,”ütleb Carroll. "Minu arvates on mineviku hüpotees võti, mis aitab meil kujundada selgemat pilti universumist."
Aja alternatiivsed alged
Kas on võimalik aja noolt mõista ilma mineviku hüpoteesita? Mõned füüsikud väidavad, et gravitatsioon - mitte termodünaamika - suunab aja noolt. Sellest vaatenurgast kipub gravitatsioon hajutama ainet, määratledes aja noolt, mis suunab keerukuse kasvu, Mehhiko City sõltumatu ülikooli füüsiku Tim Koslowski sõnul (ta kirjeldas seda ideed 2014. aasta paberil, mille kaasautor on füüsik Julian Barbour ja Perimeetri füüsik Flavio Mercati). Kozlowski ja tema kolleegid töötasid välja 1000 punktosakestest koosnevad lihtsad universumimudelid, kogedes ainult Newtoni universaalse gravitatsiooni seadust ja leidsid, et seal on alati punkt, kus on suurim tihedus ja minimaalne keerukus. Kui olete sellest punktist - ükskõik millises suunas - lahkunud, raskused suurenevad. Loomulikult suudame meie - vaatluste tegemiseks võimelised keerulised olendid - areneda ainult teatud kaugusel minimaalsest. Kui iganes me universumi ajaloos leiame, võime siiski osutada väiksema keerukusega ajajärgule ja nimetada seda minevikuks, ütleb Kozlowski. Mudelid on ajas globaalselt sümmeetrilised, kuid iga vaatleja suhtleb kohaliku aja noolega. On oluline, et madal entroopia algtase ei oleks mudelisse lisatud kogus. Pigem on see selle loomulik tagajärg. "Gravitatsioon välistab põhimõtteliselt vajaduse mineviku hüpoteesi järele," ütleb Kozlowski.kõikjal, kus me universumi ajaloos leiame, võime näidata väiksema keerukusega ajajärku ja nimetada seda minevikuks, ütleb Kozlowski. Mudelid on ajas globaalselt sümmeetrilised, kuid iga vaatleja suhtleb kohaliku aja noolega. On oluline, et madal entroopia algtase ei oleks mudelisse lisatud kogus. Pigem on see selle loomulik tagajärg. "Gravitatsioon välistab põhimõtteliselt vajaduse mineviku hüpoteesi järele," ütleb Kozlowski.kõikjal, kus me universumi ajaloos leiame, võime näidata väiksema keerukusega ajajärku ja nimetada seda minevikuks, ütleb Kozlowski. Mudelid on ajas globaalselt sümmeetrilised, kuid iga vaatleja suhtleb kohaliku aja noolega. On oluline, et madal entroopia algtase ei oleks mudelisse lisatud kogus. Pigem on see selle loomulik tagajärg. "Gravitatsioon välistab põhimõtteliselt vajaduse mineviku hüpoteesi järele," ütleb Kozlowski.välistab vajaduse mineviku hüpoteesi järele,”ütleb Kozlowski.välistab vajaduse mineviku hüpoteesi järele,”ütleb Kozlowski.
Idee, et aeg liigub rohkem kui ühes suunas ja et me elame osa kosmosest ühe, lokaalselt määratletud aja noolega, pole uus. Juba 2004. aastal tegid Carroll ja tema lõpetanud Jennifer Chen inflatsiooni kaootilisele teooriale tuginedes sarnase oletuse universumi päritolu tuntud mudeli kohta. Carroll peab Kozlowski ja tema kolleegide tööd kasulikuks sammuks osaliselt seetõttu, et nad töötasid välja oma mudeli matemaatilised üksikasjad (mida tema ja Chen ei teinud). Ja ometi on tal mõned kahtlused. Näiteks märgib ta, et pole selge, kas gravitatsioon on sama oluline kui nende paber väidab. "Kosmoseosakestes saate sama kvaliteediga jõudluse," ütleb ta.
Keerukuse suurenemisel, ütleb Kozlowski, on üks kõrvalmõju: see põhjustab teatud ainekujunduste moodustumist, mis säilitavad aja jooksul oma struktuuri. Need struktuurid on võimelised teavet talletama, Kozlowski nimetab neid "mälestusteks". Gravitatsioon on esimene ja peamine jõud, mis määrab mälestuste moodustamise võime; muud protsessid annavad tõuke kõige muu arengule, alates fossiilidest ja puurõngastest ning lõpetades kirjalike dokumentidega. Kõigil neil nähtustel on ühine see, et need sisaldavad teavet universumi mõne varasema seisundi kohta. Küsisin Kozlowskilt, kas ajus talletatud mälu on teist tüüpi mälu. Ta nõustus. "Ideaalis võiksime luua keerukamaid mudeleid ja pääseda telefoni mällu, aju mällu, ajalooraamatute mällu."Keerukamal universumil on rohkem mälestusi kui lihtsal ja seetõttu mäletame Kozlowski sõnul minevikku, mitte tulevikku.
Kuid võib-olla on aeg veelgi olulisem. Lõuna-Aafrika Vabariigis Kaplinna ülikooli kosmoloogi George Ellise sõnul on aeg rohkem põhiline moodustis, mida saab mõista, kui kujutada ette ummistunud universumit arenevana. Tema "areneva ploki-universumi" mudelis on Universum ruumi-aja kasvav maht. Selle mahu pinda võib pidada praeguseks hetkeks. Pind on hetk, mil "tuleviku ebakindlusest saab mineviku kindlus", nagu ta seda kirjeldab. "Ruumiaeg ise kasvab aja jooksul." Aja suuna saab kindlaks teha, vaadates, kummal küljel universum on muutumatu (minevik) ja milline pool on muutlik (tulevik). Ehkki mõned kolleegid pole temaga nõus, rõhutab Ellis, et mudel on modifikatsioon,mitte tavalise vaatepunkti radikaalne revideerimine. "See on plokkuniversum, mille dünaamika on peidetud üldrelatiivsuste väljavõrranditega - üsna standardne -, kuid määratleb tuleviku piiri pidevalt muutuva olevikuna," ütleb ta. Sellest vaatenurgast, kuigi minevik on stabiilne ja muutumatu, on tulevik avatud. Ilmselt kujutab see mudel "aja möödumist rahuldavamalt kui tavaline plokkuniversum", - ütleb teadlane.mitte tavaline plokkuniversum,”ütleb teadlane.mitte tavaline plokkuniversum,”ütleb teadlane.
Vastupidiselt traditsioonilisele plokk-vaatepunktile kujutab Ellise maal avatud tulevikuga universumit, mis esmapilgul on vastuolus seadustega reguleeritud universumi mõistega, milles mineviku füüsilised seisundid määravad tulevased. (Ehkki kvantmääramatus, nagu Ellis rõhutab, võib selle determinismi vaidlustamiseks olla piisav.) Elliselt küsiti konverentsil, kas Brexiti tulemust oleks võimalik ennustada, kui juuni alguses Suurbritannia Midlandsis asuva teatud raadiusega kera füüsika kohta oleks piisavalt teavet. "Mitte füüsikaga," vastas Ellis. Tema sõnul peame me paremini mõistma, kuidas aju funktsioneerib.
Teist lähenemist, mis püüab aja liikumist ühitada plokkuniversumiga, nimetatakse põhjuslikkuse teooriaks. Esmakordselt 1980. aastatel välja töötatud konverentsil osalenud füüsiku Rafael Sorkini kvantgravitatsiooni lähenemisviisina põhineb see teooria ideel, et ruum ja aeg on pigem diskreetsed kui pidevad. Sellest vaatenurgast, ehkki universum makroskoopilisel tasemel näib olevat pidev, kui saaksime vaadata nn Plancki skaalat (vahemaad umbes 10-35 meetrit), näeksime, et Universum koosneb ruumi elementaarsetest ühikutest või "aatomitest". aeg. Aatomid moodustavad selle, mida matemaatikud nimetavad "osaliselt järjestatud komplektiks", rida, milles iga element on seotud külgneva elemendiga kindlas jadas. Nende aatomite arv (nähtavas universumis hinnanguliselt vähemalt 10 240) tähendab ruumi ja aja mahu suurenemist, samas kui nende järjestus annab aja arengule. Selle teooria raames ilmuvad Universumis pidevalt uued ruumi ja aja aatomid. Londoni Imperial College'i füüsik Fay Dowker nimetas seda konverentsil "kasvavaks ajaks". Ta palus kõigil kujutleda ruumi ja aega oma uute aatomite moodustamisena, sarnaselt sellega, kuidas ookeanipõhi aja jooksul pidevalt uusi settekihte ehitab. Üldine relatiivsusteooria annab ainult blokeeringu ja põhjuslikkuse teooria võimaldab meil esindada selle "saamist", ütleb ta. "Plokkuniversum on staatiline, see on staatiline pilt maailmast, samas kui endaks saamise protsess on dünaamiline." Sellest vaatenurgastaja möödumine on kosmose oluline ja mitte muutuv omadus. (Põhjusliku seeria teooria on teinud universumi kohta ühe eduka ennustuse, rõhutas Dowker: seda kasutati kosmoloogilise konstandi väärtuse hindamiseks, tuginedes ainult ruumi ja aja ruumalale universumis.)
Probleemid tulevikuga
Nende konkureerivate mudelite olemasolu aitas kaasa asjaolule, et paljud mõtlejad lakkasid kartmast ja armusid plokkuniversumisse (või hakkasid vähemalt selle suhtes sallima).
Võib-olla andis tugevaima avalduse konverentsil Arizona ülikooli filosoof Jenann Ismael blok universumi ühilduvuse kohta igapäevaste kogemustega. Tema vaatenurgast sisaldab blokeeritud universumi õige vaade selgitust meie kogemusele aja ilmsest liikumisest. Traditsioonilise füüsika hoolikas analüüs, mida täiendavad viimastel aastakümnetel kognitiivsest teadusest ja psühholoogiast saadud teadmised, võiks rekonstrueerida „kogemuste voo, keerise”, ütleb ta. Tema arvates pole aeg illusioon; tegelikult tajume seda otse. Ta tõi näite uuringutest, mis näitasid, et iga hetk, mida me kogeme, tähistab piiratud ajavahemikku. Teisisõnu, me ei pea silmas aja möödumist, see on osa kogemusest endast. Filosoof märgib peamist ülesannet:- paigutada see otsene kogemus füüsikute pakutud staatilise ploki raamidesse ja analüüsida "kuidas maailm näeb välja staatilise vaatleja arenevas tugipunktis", mille ajalugu on esitatud ploki-universumi ruumi ja aja käändes.
Ismaeli kõne põhjustas segase reaktsiooni. Carroll väljendas oma nõusolekut kõigega, mida ta ütles, Elitzur märkis, et tema kõne ajal "ei suudetud tema pahameelt vaevalt ohjeldada". (Hiljem selgitas ta: "Kui ma põrutan pead vastu seina, siis ma vihkan tulevikku"). Konverentsi ajal mitu korda tõstatatud vastuväide seisnes selles, et plokkuniversum vihjab mingil olulisel moel, et tulevik on juba olemas, kuid väiteid näiteks tuleva neljapäeva ilma kohta ei saa nimetada valeks ega tõeseks. Mõni peab seda ületamatu probleemiks universumi plokivaates. Ismael on kõiki neid vastuväiteid mitu korda kuulnud. Ta märgib, et tulevikusündmused on olemas, kuid neid pole praegu olemas. "Plokkuniversum ei ole muutuv pilt," ütleb ta. "See on pilt muutustest." Sündmused toimuvad siismillal need peaksid juhtuma. "See on hetk ja ma ei tea, et keegi sellest publikust meeldib, kuid füüsika peab natuke filosoofiaga hakkama saama," sõnas Ismael. "Tuleviku olemasolu kohta käivate väidete tõeväärtuste üle on pikka aega vaidlus ja sellel pole midagi pistmist meie aja kogemustega." Mis saab, kui keegi soovib sellest rohkem teada saada? "Soovitan lugeda Aristoteleset," ütles ta.
Dan Falk
