Τι είναι «Το Βέλος του Χρόνου»
Ο χρόνος δε γυρίζει πίσω. Για ποιο λόγο όμως συμβαίνει αυτό; Ποιος μηχανισμός οδηγεί το χρόνο μόνο μπροστά και όχι προς τα πίσω;
Σε μια πρόσφατη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Physical Review Letters, μια ομάδα θεωρητικών φυσικών διερευνά εκ νέου «Το Βέλος του Χρόνου» -μια ιδέα/έννοια που περιγράφει την αδυσώπητη πορεία του χρόνου προς τα εμπρός- και επισημαίνει ένα διαφορετικό τρόπο του πώς ο ίδιος ο χρόνος εκδηλώνεται επάνω σε καθολικές κλίμακες.
Παραδοσιακά, ο χρόνος που περιγράφεται από την «υπόθεση του παρελθόντος», που προϋποθέτει ότι κάθε δεδομένο σύστημα αρχίζει σε μια κατάσταση χαμηλής εντροπίας και στη συνέχεια, λόγω της θερμοδυναμικής η εντροπία του αυξάνεται. Με λίγα λόγια: Το παρελθόν είναι χαμηλή εντροπία και το μέλλον είναι υψηλή εντροπία, μια έννοια που είναι γνωστή ως θερμοδυναμική ασυμμετρία του χρόνου.
Στην καθημερινότητά μας μπορούμε να βρούμε πολλά παραδείγματα αυξημένης εντροπίας, όπως για παράδειγμα ένα αέριο που γεμίζει το χώρο ενός δωματίου, ή ένας κύβος πάγου που λιώνει. Σε αυτά τα παραδείγματα, παρατηρεί κανείς μια μη αναστρέψιμη αύξηση στην εντροπία (και κατά συνέπεια διαταραχή).
Αν αυτό εφαρμοστεί σε παγκόσμια κλίματα, τεκμαίρεται ότι η Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) «γέννησε» το Σύμπαν σε μια κατάσταση χαμηλής εντροπίας, ή καλύτερα σε μια κατάσταση ελάχιστης εντροπίας, αναφέρει δημοσίευμα του Live Science. Στο πέρασμα των αιώνων, όπως επεκτάθηκε και ψύχθηκε το Σύμπαν, αυξήθηκε η εντροπία του συστήματος αυτού σε μεγάλη κλίμακα. Ως εκ τούτου, η υπόθεση θέλει το χρόνο άρρηκτα συνδεδεμένο με το βαθμό της εντροπίας, ή διαταραχής, του Σύμπαντος.
Υπάρχουν, ωστόσο, αρκετά προβλήματα με την ιδέα αυτή.
Λίγο μετά το Big Bang, αρκετές γραμμές στοιχείων παρατήρησης δείχνουν προς μια κατάσταση, η οποία ήταν θερμή, ενώ επικρατούσε και ένα εξαιρετικά διαταραγμένο χάος αρχέγονων σωματιδίων. Καθώς το Σύμπαν ωρίμαζε και ψυχόταν, η βαρύτητα ανέλαβε ρόλο και έκανε το Σύμπαν πιο περίπλοκο και διατεταγμένο – από τα σύννεφα αερίου που ψύχονταν, τα αστέρια και οι πλανήτες δημιουργήθηκαν από τη βαρυτική κατάρρευση. Τελικά –σημειώνει το δημοσίευμα- η οργανική χημεία κατέστη δυνατή, ανοίγοντας το δρόμο για τη δημιουργία της ζωής και των ανθρώπων, οι οποίοι φιλοσόφησαν το θέμα του χρόνου και του χώρου. Σε καθολική κλίμακα επομένως, η «διαταραχή» έχει μειωθεί ουσιαστικά και όχι αυξηθεί, όπως είκαζαν υποθέσεις του παρελθόντος.
Αυτό, ισχυρίζεται ο Flavio Mercati από το ινστιτούτο Perimeter Institute for Theoretical Physics στο Οντάριο του Καναδά, είναι ένα θέμα γύρω από τη μέτρηση της εντροπίας.
Η εντροπία είναι μια φυσική ποσότητα με διαστάσεις (όπως η ενέργεια και η θερμοκρασία) και επομένως πρέπει να υπάρχει ένα εξωτερικό πλαίσιο αναφοράς, για να μπορεί να μετρηθεί έναντι αυτού. «Αυτό μπορεί να γίνει για υποσυστήματα του σύμπαντος, διότι το υπόλοιπο του σύμπαντος θέτει αυτές τις αναφορές γι’ αυτά, αλλά ολόκληρο το σύμπαν δεν έχει, εξ ορισμού, κάτι έξω από αυτό για να καθοριστούν αυτά τα πράγματα» ανέφερε ο ίδιος στο Discovery News.
Αν λοιπόν δεν είναι η εντροπία, τι θα μπορούσε να οδηγεί το χρόνο του σύμπαντος προς τα μπροστά;
Η πολυπλοκότητα, στην πιο βασική της μορφή, είναι μια αδιάστατη ποσότητα, που περιγράφει πόσο πολύπλοκο είναι ένα σύστημα. Έτσι, αν κάποιος κοιτάζει το Σύμπαν μας, η πολυπλοκότητα συνδέεται άμεσα με το χρόνο: καθώς ο χρόνος προχωρά, το Σύμπαν γίνεται ολοένα και πιο δομημένο.
«Το ερώτημα στο οποίο αναζητούμε μια απάντηση στη μελέτη μας είναι το εξής: Τι έθεσε αυτά τα συστήματα σε πολύ χαμηλή κατάσταση εντροπίας σε πρώτη φάση; Η απάντησή μας είναι αυτή: Η βαρύτητα, η τάση της να δημιουργεί τάξη και δομή (περιπλοκότητα) από το χάος» εξήγησε ο Mercati.
Για να δοκιμάσουν την ιδέα αυτή, ο Mercati και οι συνεργάτες του δημιούργησαν βασικά μοντέλα προσομοίωσης σωματιδίων σε ένα σύμπαν σε υπολογιστή. Βρήκαν ότι, ανεξάρτητα από το πώς «έτρεχε» η προσομοίωση, η πολυπλοκότητα του σύμπαντος «πάντα αυξανόταν και ποτέ δε μειωνόταν με το χρόνο».
Από το Big Bang, το Σύμπαν ξεκίνησε σε μια κατάσταση χαμηλότερης πολυπλοκότητας (η γνωστή «καυτή σούπα» διαταραγμένων σωματιδίων και ενέργειας). Στη συνέχεια, καθώς το σύμπαν ψύχθηκε σε μια κατάσταση η μπόρεσε να «αναλάβει ρόλο» η βαρύτητα, συγκεντρώθηκαν αέρια, σχηματίστηκαν τα αστέρια και εξελίχθηκαν οι γαλαξίες. Το Σύμπαν έγινε αμείλικτα πιο περίπλοκο και η βαρύτητα είναι η κινητήρια δύναμη αυτής της αύξησης της πολυπλοκότητας.
Σε μια πρόσφατη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Physical Review Letters, μια ομάδα θεωρητικών φυσικών διερευνά εκ νέου «Το Βέλος του Χρόνου» -μια ιδέα/έννοια που περιγράφει την αδυσώπητη πορεία του χρόνου προς τα εμπρός- και επισημαίνει ένα διαφορετικό τρόπο του πώς ο ίδιος ο χρόνος εκδηλώνεται επάνω σε καθολικές κλίμακες.
Παραδοσιακά, ο χρόνος που περιγράφεται από την «υπόθεση του παρελθόντος», που προϋποθέτει ότι κάθε δεδομένο σύστημα αρχίζει σε μια κατάσταση χαμηλής εντροπίας και στη συνέχεια, λόγω της θερμοδυναμικής η εντροπία του αυξάνεται. Με λίγα λόγια: Το παρελθόν είναι χαμηλή εντροπία και το μέλλον είναι υψηλή εντροπία, μια έννοια που είναι γνωστή ως θερμοδυναμική ασυμμετρία του χρόνου.
Στην καθημερινότητά μας μπορούμε να βρούμε πολλά παραδείγματα αυξημένης εντροπίας, όπως για παράδειγμα ένα αέριο που γεμίζει το χώρο ενός δωματίου, ή ένας κύβος πάγου που λιώνει. Σε αυτά τα παραδείγματα, παρατηρεί κανείς μια μη αναστρέψιμη αύξηση στην εντροπία (και κατά συνέπεια διαταραχή).
Αν αυτό εφαρμοστεί σε παγκόσμια κλίματα, τεκμαίρεται ότι η Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) «γέννησε» το Σύμπαν σε μια κατάσταση χαμηλής εντροπίας, ή καλύτερα σε μια κατάσταση ελάχιστης εντροπίας, αναφέρει δημοσίευμα του Live Science. Στο πέρασμα των αιώνων, όπως επεκτάθηκε και ψύχθηκε το Σύμπαν, αυξήθηκε η εντροπία του συστήματος αυτού σε μεγάλη κλίμακα. Ως εκ τούτου, η υπόθεση θέλει το χρόνο άρρηκτα συνδεδεμένο με το βαθμό της εντροπίας, ή διαταραχής, του Σύμπαντος.
Υπάρχουν, ωστόσο, αρκετά προβλήματα με την ιδέα αυτή.
Λίγο μετά το Big Bang, αρκετές γραμμές στοιχείων παρατήρησης δείχνουν προς μια κατάσταση, η οποία ήταν θερμή, ενώ επικρατούσε και ένα εξαιρετικά διαταραγμένο χάος αρχέγονων σωματιδίων. Καθώς το Σύμπαν ωρίμαζε και ψυχόταν, η βαρύτητα ανέλαβε ρόλο και έκανε το Σύμπαν πιο περίπλοκο και διατεταγμένο – από τα σύννεφα αερίου που ψύχονταν, τα αστέρια και οι πλανήτες δημιουργήθηκαν από τη βαρυτική κατάρρευση. Τελικά –σημειώνει το δημοσίευμα- η οργανική χημεία κατέστη δυνατή, ανοίγοντας το δρόμο για τη δημιουργία της ζωής και των ανθρώπων, οι οποίοι φιλοσόφησαν το θέμα του χρόνου και του χώρου. Σε καθολική κλίμακα επομένως, η «διαταραχή» έχει μειωθεί ουσιαστικά και όχι αυξηθεί, όπως είκαζαν υποθέσεις του παρελθόντος.
Αυτό, ισχυρίζεται ο Flavio Mercati από το ινστιτούτο Perimeter Institute for Theoretical Physics στο Οντάριο του Καναδά, είναι ένα θέμα γύρω από τη μέτρηση της εντροπίας.
Η εντροπία είναι μια φυσική ποσότητα με διαστάσεις (όπως η ενέργεια και η θερμοκρασία) και επομένως πρέπει να υπάρχει ένα εξωτερικό πλαίσιο αναφοράς, για να μπορεί να μετρηθεί έναντι αυτού. «Αυτό μπορεί να γίνει για υποσυστήματα του σύμπαντος, διότι το υπόλοιπο του σύμπαντος θέτει αυτές τις αναφορές γι’ αυτά, αλλά ολόκληρο το σύμπαν δεν έχει, εξ ορισμού, κάτι έξω από αυτό για να καθοριστούν αυτά τα πράγματα» ανέφερε ο ίδιος στο Discovery News.
Αν λοιπόν δεν είναι η εντροπία, τι θα μπορούσε να οδηγεί το χρόνο του σύμπαντος προς τα μπροστά;
Η πολυπλοκότητα, στην πιο βασική της μορφή, είναι μια αδιάστατη ποσότητα, που περιγράφει πόσο πολύπλοκο είναι ένα σύστημα. Έτσι, αν κάποιος κοιτάζει το Σύμπαν μας, η πολυπλοκότητα συνδέεται άμεσα με το χρόνο: καθώς ο χρόνος προχωρά, το Σύμπαν γίνεται ολοένα και πιο δομημένο.
«Το ερώτημα στο οποίο αναζητούμε μια απάντηση στη μελέτη μας είναι το εξής: Τι έθεσε αυτά τα συστήματα σε πολύ χαμηλή κατάσταση εντροπίας σε πρώτη φάση; Η απάντησή μας είναι αυτή: Η βαρύτητα, η τάση της να δημιουργεί τάξη και δομή (περιπλοκότητα) από το χάος» εξήγησε ο Mercati.
Για να δοκιμάσουν την ιδέα αυτή, ο Mercati και οι συνεργάτες του δημιούργησαν βασικά μοντέλα προσομοίωσης σωματιδίων σε ένα σύμπαν σε υπολογιστή. Βρήκαν ότι, ανεξάρτητα από το πώς «έτρεχε» η προσομοίωση, η πολυπλοκότητα του σύμπαντος «πάντα αυξανόταν και ποτέ δε μειωνόταν με το χρόνο».
Από το Big Bang, το Σύμπαν ξεκίνησε σε μια κατάσταση χαμηλότερης πολυπλοκότητας (η γνωστή «καυτή σούπα» διαταραγμένων σωματιδίων και ενέργειας). Στη συνέχεια, καθώς το σύμπαν ψύχθηκε σε μια κατάσταση η μπόρεσε να «αναλάβει ρόλο» η βαρύτητα, συγκεντρώθηκαν αέρια, σχηματίστηκαν τα αστέρια και εξελίχθηκαν οι γαλαξίες. Το Σύμπαν έγινε αμείλικτα πιο περίπλοκο και η βαρύτητα είναι η κινητήρια δύναμη αυτής της αύξησης της πολυπλοκότητας.
Περισσότερα επιστημονικά θέματα εδώ.