Kako lahko gravitacija pojasni, zakaj čas gre samo naprej?

Ne moremo ustaviti časa. Tudi v prometnem zastoju, ko se zdi, da se čas zamrzne in ustavi. Shranjevanje svetlobe podnevi tudi ne pomaga, čas neizogibno napreduje. Zakaj ne bi nazaj? Zakaj se spominjamo preteklosti, ne prihodnosti? Fiziki verjamejo, da se lahko odgovor na to globoko in kompleksno vprašanje skriva v gravitaciji, ki je vsem dobro znana..

Osnovni zakoni fizike sploh ne marajo, v kateri smeri se čas premika. Na primer, pravila, ki urejajo orbite planetov, delujejo ne glede na to, ali se premikate naprej ali nazaj v času. Gibanja v sončnem sistemu si lahko ogledate v obratnem vrstnem redu in bodo videti povsem normalno, ne da bi kršili fizikalne zakone. Kaj razlikuje prihodnost od preteklosti?

"Problem puščice časa je vedno zmedel ljudi," pravi Flavio Mercati z Inštituta za teoretično fiziko Perimeter v Waterloo, Kanada..

Večina ljudi, ki razmišljajo o puščici časa, pravi, da je določena z entropijo, zmedo (kaos) v sistemu, naj bo to skleda kaše ali vesolja. Po drugem zakonu termodinamike se vedno poveča skupna entropija zaprtega sistema. Ko entropija raste, se čas premika v isto smer..

Ko se ledena kocka v vašem steklu stopi in raztopi vaš viski in koks, na primer, entropija raste. Ko zlomite jajce, entropija raste. Oba primera sta nepopravljiva: ledene kocke ne morete zamrzniti v kozarcu s toplo kolo ali ponovno zbrati jajčeca. Zaporedje dogodkov - in zato čas - se premika samo v eno smer..

Če puščica časa sledi rasti entropije, in če se entropija v vesolju vedno poveča, potem bi morala biti entropija na neki točki v preteklosti nizka. Tu se rodi skrivnost: zakaj je bila entropija vesolja na začetku nizka?

Po Mercatiju in njegovih sodelavcih ni bilo nobenega posebnega začetnega stanja. Namesto tega se je stanje, ki je pokazalo čas za napredovanje, naravno pojavilo v vesolju pod diktatom gravitacije. Ta argument so odkrili znanstveniki v nedavno objavljenem članku v Physical Review Letters..

Da bi preizkusili svoje ideje, so znanstveniki modelirali vesolje v obliki zbirke tisočih delcev, ki medsebojno vplivajo le s pomočjo gravitacije in predstavljajo galaksije in zvezde, ki plavajo v prostoru..

Znanstveniki so odkrili, da se delci, ne glede na začetne položaje in hitrosti, v nekem trenutku neizogibno združijo v kroglo, preden se ponovno razpršijo. Ta trenutek lahko imenujemo enakovreden Velikemu poku, ko se celotno vesolje skrči na neskončno majhno točko..

Namesto z uporabo entropije, znanstveniki opisujejo svoj sistem z vrednostjo, ki jo sami imenujejo "kompleksnost", opredeljeno kot grobo razmerje razdalje med dvema deloma, ki sta bolj oddaljena drug od drugega od preostalih dveh najbližjih delcev. . Ko se vsi delci držijo skupaj, je zapletanje na najnižji vrednosti..

Ključna ideja v vsem tem, kot pojasnjuje Mercati, je ta: ta trenutek najmanj zapletenosti se naravno pojavi iz skupine gravitacijsko vzajemnih delcev - ni posebnih pogojev. Zapletenost se poveča, ko se delci razhajajo, kar predstavlja širitev vesolja in gibanje časa naprej..

Če to ni dovolj, so se dogodki, ki so se zgodili, preden so bili delci združeni - to je pred Velikim pokom - premaknili v drugi časovni smeri. Če izgubite dogodke od te točke nazaj, se bodo delci postopoma raztrosili iz grozda. Ker se v tej nasprotni smeri poveča zapletenost, bo ta druga puščica časa prav tako pokazala na preteklost. Kar bo, glede na drugo časovno smer, v resnici pomenilo "prihodnost" drugega vesolja, ki obstaja na drugi strani Velikega poka. Zelo zmedeno, strinjam se.

Ta ideja je podobna tisti, ki so jo pred desetimi leti predlagali fiziki Sean Carroll in Jennifer Chen s Kalifornijskega tehnološkega inštituta. Povezali so puščico časa z idejami, ki opisujejo inflacijo, ostro in hitro širjenje vesolja, ki se je zgodilo takoj po Velikem poku..

»Zanimivo je, da je ta ideja precej logično povezana z nami,« je dejal Carroll in opisal njeno delo, ki se nanaša na puščico časa. povezan z Velikim pokom.

Povezovanje smeri časa s preprostim sistemom klasične fizike je relativno novo, pravi fizik Steve Carlip z Univerze v Kaliforniji, Davis. Novo v tem je opustiti entropijo v korist zamisli zapletenosti. Problem entropije je, da je definiran z energijo in temperaturo, ki se meri z zunanjim mehanizmom, kot je termometer. V primeru vesolja ni zunanjega mehanizma, zato potrebujete vrednost, ki se ne zanaša na nobeno od merskih enot. Konfuzija je nasprotno brezrazsežna in izpolnjuje vse zahteve..

To ne pomeni, da je treba entropijo v celoti opustiti. Naša vsakodnevna izkušnja, kot je vaša kul limonada, temelji na entropiji. Toda pri obravnavi vprašanja časa na kozmičnih lestvicah je treba uporabiti izraz zapletanje, ne pa entropije..

Ena od glavnih omejitev tega modela je, da je zgrajena izključno na osnovi klasične fizike, pri čemer se povsem ignorira kvantna mehanika. Prav tako ne vključuje Einsteinove splošne teorije relativnosti. Ni temne energije ali karkoli drugega, da bi ustvarili natančen model vesolja. Raziskovalci pa razmišljajo o tem, kako v model vključiti bolj realistično fiziko, ki bi potem lahko omogočila preverljiva predvidevanja..

»Zame je velik problem, da obstaja veliko različnih fizičnih puščic časa,« pravi Carlip. Neposredna smer časa se najpogosteje manifestira, popolnoma brez povezovanja gravitacije. Na primer, svetloba se vedno oddaja iz svetilke - in nikoli proti njej. Radioaktivni izotopi se razpadajo v lažje atome, nikoli obratno. Zakaj torej puščica časa, ki izhaja iz gravitacije, potiska druge puščice časa v isto smer?

"To je veliko vprašanje, ki ostaja odprto. Mislim, da dokler nihče nima dobrega odgovora na to vprašanje".