Како гравитација може објаснити зашто вријеме иде само напријед?

Не можемо зауставити време. Чак и у саобраћајној гужви када време изгледа да се смрзне и заустави. Чување светла по дану такође не помаже, време неминовно тежи напред. Зашто не назад? Зашто се сјећамо прошлости, а не будућности? Физичари верују да се одговор на ово дубоко и комплексно питање можда крије у гравитацији добро познатој свима нама..

Основни закони физике уопште не маре у ком правцу се креће време. На пример, правила која регулишу орбите планета раде без обзира да ли се крећете напред или назад у времену. Покрете у Сунчевом систему можете гледати обрнутим редоследом и изгледати ће потпуно нормално, без кршења било ког физичког закона. Оно што разликује будућност од прошлости?

"Проблем стреле времена увек је изазивао проблеме људима", каже Флавио Мерцати са Периметричног института за теоријску физику у Ватерлуу, Канада..

Већина људи који размишљају о стрелици времена кажу да је одређена ентропијом, количином конфузије (хаоса) у систему, било да је то здјела каше или свемир. Према другом закону термодинамике, укупна ентропија затвореног система увек расте. Како ентропија расте, време се креће у истом правцу..

Када се ледена коцка у вашем стаклу топи и разблажује ваш виски и кокс, на пример, ентропија расте. Када разбијете јаје, ентропија расте. Оба примера су неповратна: не можете замрзнути коцку леда у чаши са топлом колом или поново сакупити јаје. Редослед догађаја - а тиме и време - креће се само у једном правцу..

Ако стрелица времена прати раст ентропије, и ако ентропија у Свемиру увек расте, онда је у неком тренутку у прошлости ентропија требала бити ниска. Овде се рађа мистерија: зашто је ентропија Универзума била ниска у почетку?

Према Меркатију и његовим колегама, није било никаквог посебног почетног стања. Уместо тога, стање које је указивало на време да се крене напријед појавило се природно у свемиру под диктатом гравитације. Овај аргумент су открили научници у недавно објављеном раду у Пхисицал Ревиев Леттерс..

Да би тестирали своје идеје, научници су моделирали универзум у облику колекције хиљада честица које међусобно комуницирају једино помоћу гравитације и представљају галаксије и звезде које плутају у свемиру..

Научници су открили да, без обзира на почетне положаје и брзине, у неком тренутку, честице се неизбежно налазе заједно у куглу пре него што се поново распрше. Овај тренутак се може назвати еквивалентним Великом праску, када се цео универзум скупља до бесконачно мале тачке..

Уместо да користе ентропију, научници описују свој систем користећи вредност коју они сами називају "сложеност", дефинисана као груби однос удаљености између две честице које су удаљеније једна од друге од остатка између две најближе честице. . Када се све честице држе заједно, заплет је на најнижој вриједности..

Кључна идеја у свему овоме, како објашњава Меркати, је ово: овај тренутак најмање уплетености природно произлази из групе честица које гравитирају интеракцијом - нису потребни посебни услови. Заплетеност се повећава како се честице разилазе, што представља и експанзију Универзума и кретање времена испред себе..

Ако то није довољно, догађаји који су се одиграли пре него што су честице груписане - то јест, пре Великог праска - помериле су се у другом временском смеру. Ако изгубите догађаје од ове тачке назад, честице ће се постепено распршити из групе. Како запетост расте у овом супротном правцу, ова друга стрелица времена ће такође указати на прошлост. Који ће, на основу другог временског правца, заправо бити "будућност" другог универзума који постоји на другој страни Великог праска. Веома збуњујуће, слажем се.

Ова идеја је слична оној коју су предложили физичари Сеан Царролл и Јеннифер Цхен из Калифорнијског института за технологију прије 10 година. Повезивали су стрелицу времена са идејама које описују инфлацију, оштру и брзу експанзију Универзума, која се догодила одмах након Великог праска..

"Оно што је интересантно за ову идеју је да је она прилично логично повезана са нама", рекао је Царролл описујући њен рад примјењив на стрелицу времена. "Можда је разлог због којег се јучер сјећамо и не сјећам се сутра, у увјетима повезан са Великим праском.

Повезивање правца времена са једноставним системом класичне физике је релативно ново, каже физичар Стеве Царлип са Калифорнијског универзитета у Давису. Ново у томе је напустити ентропију у корист идеје заплетености. Проблем ентропије је у томе што је дефинисан у терминима енергије и температуре, који се мере спољашњим механизмом као што је термометар. У случају универзума не постоји спољашњи механизам, тако да вам је потребна вредност која се не ослања на ниједну од мерних јединица. Супротно томе, конфузија је бездимензионалан став и испуњава све захтјеве..

То не значи да ентропија мора бити потпуно напуштена. Наше свакодневно искуство - попут ваше цоол лимунаде - ослања се на ентропију. Али када се разматра питање времена на космичким скалама, треба користити термин замршеност, а не ентропија..

Једно од главних ограничења овог модела је то што је искључиво направљено на бази класичне физике, потпуно игноришући квантну механику. Не укључује ни Ајнштајнову општу теорију релативности. Не постоји тамна енергија или било шта друго што је потребно да би се створио прецизан модел универзума. Али истраживачи размишљају о томе како да у модел укључе реалистичнију физику, што би онда могло омогућити да се могу проверити предвиђања..

"За мене је велики проблем то што постоји много различитих физичких стрелица времена", каже Царлип. Директан правац времена се најчешће манифестује, потпуно без повезивања гравитације. На пример, светлост се увек емитује из лампе - а никада према њој. Радиоактивни изотопи се распадају у лакше атоме, никад обрнуто. Зашто онда стрелица времена, која излази из гравитације, гура друге стрелице времена у истом правцу?

"Ово је велико питање које остаје отворено. Мислим, све док нико нема добар одговор на ово питање".