Scientia

Nu numai că timpul este unul din marile mistere, dar în acelaşi timp deţine cheia pentru rezolvarea celei mai ambiţioase provocări din fizica teoretică, aceea de a cuprinde complexa lucrare a acestui vast Univers  într-o singură şi elegantă teorie: teoria totului.

Teoria totului ar trebui să unească teoria relativităţii generalizate, teoria gravitaţiei a lui Einstein, care descrie alcătuirea spaţiului şi timpului, cu teoria mecanicii cuantice, această stranie, dar atât de cuprinzătoare teorie care descrie fizica materiei. Şi aici se dă lupta de mai bine de un secol.

Teoria relativităţii generalizate şi mecanica cuantică oferă descrieri diferite ale timpului şi această diferenţă este o primă sursă a unei aparente ireconcilieri dintre cele două teorii. Dacă ar fi să facem un progres, ceva în concepţia noastră ar trebui să se modifice, iar mulţi au convingerea că tocmai ideea noastră despre timp este cea care ar trebui să se schimbe.

Timpul în teoria relativităţii generalizate

Acum aproape un secol, Einstein a arătat că timpul nu este ingredientul fundamental  al realităţii, aşa cum noi credeam cândva că ar fi. Teoria acestuia, a relativităţii generalizate, a unificat spaţiul şi timpul într-o singură entitate numită spaţiu-timp, care poate să se contracte şi să se dilate în prezenţa materiei sau a energiei, producând curbura spaţiu-timpului pe care noi o simţim ca fiind forţa gravitaţională. Dar problema în ceea ce priveşte spaţiul-timp este faptul că acest concept nu mai poate fi dezvoltat. Spaţiul-timp, ca un întreg, nu poate evolua în timp pentru că este el însuşi timp - nici un ceas nu poate exista în afara Universului.

Potrivit relativităţii generalizate, ceea ce noi experimentăm ca fiind curgerea timpului este un fel de iluzie generată de drumurile ”peticite” în care diferiţi observatori taie spaţiul-timp unificat în spaţiu şi timp, cu diferitele lor puncte de vedere.

Timpul în teoria mecanicii cuantice

În mecanica cuantică situaţia se schimbă în mod radical. Spre deosebire de relativitatea generalizată, unde timpul este conţinut în sistem, mecanica cuantică are nevoie ca în afara sistemului să existe un ceas care să măsoare secundele Universului în exact acelaşi mod pentru fiecare observator. Aceasta deoarece sistemele cuantice sunt descrise de funcţiile de undă care cuantifică probabilitatea ca măsurătorile efectuate să dea anumite rezultate, iar aceste funcţii se dezvoltă independent de timp.

O regulă fundamentală a mecanicii cuantice spune că probabilităţile rămân aceleaşi chiar dacă timpul trece. Pentru a întări această regulă, timpul în care fiecare funcţie de undă evoluează trebuie să fie unul şi aceleaşi pentru tot şi pentru oricine.

Către o abordare unitară a timpului

Pentru a face un progres în încercarea lor de a uni teoria relativităţii generalizate cu cea a mecanicii cuantice, este nevoie să se lucreze cu o singură viziune asupra timpului. Dar care ar fi cea corecta?

Depinde pe cine întreabă. Mulţi cred că Einstein a avut dreptate şi teoria cuantică ar trebui să fie modificată. Carlo Rovelli, un fizician de la Centrul De Fizică Teoretică din Marsilia, Franţa, a rescris regulile mecanicii cuantice în aşa fel încât ele să nu facă nici o referire la timp.

“Pentru mine, soluţia la această problemă este aceea că la un nivel  profund al naturii nu există timp deloc”, spune Rovelli. În viziunea sa, mecanica cuantică nu trebuie să descrie felul în care evoluează sistemele fizice în timp, ci doar cum evoluează ele relativ la alte sisteme, cum ar fi observatorii sau aparatele de măsură. “Fizica nu este despre “cum se mişcă Luna pe cer în timp?”, ci mai degrabă despre “cum se mişcă Luna pe cer în raport cu Soarele?”", spune acesta. “Timpul există doar în mintea noastră şi nu în realitatea fizică care ne înconjoară”.

Alţii nu sunt de acord cu acest punct de vedere. Fiziciana Fotini Markopoulou de la Institutul de Fizică Teoretică Perimeter din Waterloo, Ontario, Canada, a argumentat că timpul există la cel mai profund nivel al realităţii - dar pentru a putea încorpora timpul în teorie, spaţiul trebuie să dispară. În modelul ei, numit şi “desen cuantic” ("quantum graphity") ingredientele de bază ale realităţii sunt evenimentele cuantice ordonate în timp, iar din aceste eveniment, de la nivelul acesta, sunt aşteptate să emeargă spaţiul, gravitaţia şi teoria lui Einstein, la o scară mai mare şi la energii mai joase. În acest scenariu, teoria cuantica câştigă bătălia pentru timp şi teoria relativităţii generalizate este cea care ar trebui să se adapteze la noua viziune.

Pentru alţii însă nu este suficient să declari mecanica cuantică sau teoria relativităţii generalizate câştigătoare în bătălia pentru timp. Potrivit lui Dean Rickles, un filozof al ştiinţei de la Universitatea din Sydney, New South  Wales, Australia, nici una din ultimele teorii nu ar fi cea corectă. “Este foarte posibil ca ceea ce noi numim timp să rezulte dintr-o structură  atemporală profundă şi mult mai primitivă”, spune el.

În ceea ce priveşte teoria totului, spune Rickles, “mai este un drum lung de parcurs până acolo, dar cu siguranţă conceptul de timp va juca un rol crucial în definirea acesteia”.

Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului About time: Countdown to the theory of everything publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducerea: Claudia Rusu