Fă câţiva paşi înainte, întoarce-te şi mergi înapoi. Nu e nici o problemă, nu? Acum aşteaptă câteva secunde, întoarce capul şi priveşte în trecut. Ai reuşit? Bineînţeles că nu. Aşa cum ştim prea bine, timpul, spre deosebire de spaţiu, are doar o singură direcţie.
Timpul curge de la trecut spre viitor şi niciodată în sens invers. Pare atât de normal ca în ordinea firească a lucrurilor să se întâmple exact aşa, dar dacă priveşti mai îndeaproape natura vei afla că lucrurile nu stau chiar cum crezi tu. O cercetare mai profundă a legilor fizicii ne arată că nu ar exista o astfel de “săgeată” a timpului. De exemplu, se pot utiliza legile mişcării, ale lui Newton, pentru a afla unde s-a situat o minge în trecut la fel de bine ca şi pentru a afla unde anume se va găsi aceasta în viitor. Şi atunci când vine vorba de particule, legile şi forţele care caracterizează comportamentul acestora nu se modifică dacă schimbi viitorul cu trecutul.
„Adevărata ciudăţenie însă, este aceea că legile fizicii, care ar trebui să redea cu exactitate ceea ce noi vedem că se întâmplă în jurul nostru, pot lucra foarte bine atât înainte, cât şi înapoi în timp”, spune Dean Rickles, un filozof al ştiinţei de la Universitatea din Sydney, New South Wales, Australia. „De fapt nici nu ar trebui să existe o direcţie anume care să indice timpul”.
Dacă legile fizicii nu definesc o anume direcţie a timpului, atunci de unde provine ea? Un indiciu important îl putem găsi în interacţiunea complexă a unui mare număr de particule. Fiecare obiect pe care noi îl vedem în jurul nostru, inclusiv noi înşine, este făcut dintr-o impresionantă „colecţie” de particule. Aceste particule nu stau pur şi simplu ci, fiind într-o continuă mişcare, se amestecă şi se rearanjează în mod permanent.
Fiecărui sistem macroscopic, să spunem, un „ochi” de apă sau un cristal de gheaţă, fizicienii îi asociază o anumita entropie. Entropia reflectă numărul de moduri în care se pot rearanja particulele care formează un sistem, fără ca acestuia să i se schimbe aspectul general. Un „ochi” de apă poate fi transformat, prin rearanjarea moleculelor de apa (H2O), într-o mulţime de moduri, mărind astfel entropia sistemului. Un cristal de gheaţă, pe de altă parte, trebuie să fie aranjat într-un mod foarte precis pentru că sunt foarte puţine moduri în care să se poată face acest lucru în cazul în care există o entropie joasă.
În termeni pur statistici, o entropie înaltă a sistemului este mult mai probabilă decât una joasă, deoarece sunt mai multe posibilităţi pentru ca aceasta să se producă. De aceea, ţinând cont de faptul că temperatura poate creşte suficient de mult pentru a permite moleculelor să se mişte şi să se rearanjeze într-un alt mod, vom vedea mereu cum gheaţa devine apă şi niciodată nu vom vedea cum un „ochi” de apă cristalizează în mod spontan devenind gheaţă. Într-adevăr, dacă privim un film şi vedem o scenă în care un „ochi” de apă îngheaţă instantaneu într-o zi călduroasă vom presupune că filmul a fost filmat invers şi că timpul a fost dat înapoi.
Chiar şi aşa, creşterea entropiei este un fenomen statistic şi nu unul fundamental, ceea ce deschide drumul către una din cele mai importante legi ale fizicii: cea de-a doua lege a termodinamicii. Potrivit celei de a doua legi a termodinamicii, entropia Universului nu poate niciodată să scadă. Şi ne putem gândi că aici se află secretul existenţei unei direcţii a timpului – drumul ireversibil de la o entropie joasă la una înaltă ar fi de fapt ceea ce noi percepem ca fiind trecerea de la trecut la viitor.
Ce bine ar fi dacă totul ar fi atât de simplu! Din păcate, legea a doua a termodinamicii nu ne oferă o explicaţie în ceea ce priveşte curgerea timpului într-o singură direcţie. Ne spune doar, că o stare de entropie înaltă este mai probabilă decât una joasă. Timpul nu intră în această ecuaţie, ceea ce înseamnă că în următoarele cinci minute care se scurg de acum înainte este mult mai probabil să avem o entropie mai mare decât în cele cinci minute de dinainte.
Atunci, singura modalitate în care am putea explica direcţia unică a timpului, ar fi să presupunem că Universul pur şi simplu s-a întâmplat să existe într-o stare „neobişnuită” de entropie joasă. Dacă nu ar fi aşa, timpul ar fi „îngheţat” şi nimic interesant nu ar mai fi avut loc, nici chiar noi nu am fi existat. „Săgeata timpului depinde de faptul că Universul trebuie să se fi creat într-o stare foarte specială”, spune fizicianul Carlo Rovelli de la Centrul de Fizică Teoretică din Marsilia, Franţa. „E foarte probabil să se fi creat într-o stare întâmplătoare, când nu exista nimic care să poată face distincţia între trecut şi viitor”.
Observaţiile ştiinţifice ne arată că, într-adevăr, Universul a apărut într-o stare de entropie joasă. Radiaţia cosmică de fond, rămasă de la Big Bang, ne furnizează o imagine a Universului din perioada lui de copilărie. Ea ne arată că aproape de începutul timpului, materia şi radiaţia au fost împrăştiate foarte încet peste tot în spaţiu. La prima vedere aceasta seamănă cu o stare de entropie înaltă, dacă nu ar fi să luăm în calcul şi gravitaţia.
Gravitaţia întotdeauna vrea să unească lucrurile, aşa că, într-un sistem guvernat de gravitaţie, o gaură neagră este o stare mai probabilă şi deci ar avea o entropie mai scăzută decât entropia unei distribuţii haotice. Această entropie joasă este foarte improbabilă - deci cum de suntem noi atât de norocoşi? „Dacă putem explica entropia joasă din trecut, atunci vom descifra misterul direcţiei unice în care curge timpul”, spune Rickles.
Cosmologii au însă o explicaţie pentru lentoarea existentă în Universul din perioada de început. În prima fracţiune de secundă după începutul timpului, spun ei, Universul a trecut printr-o scurtă, dar dramatică, explozie de expansiune cunoscută sub numele de inflaţie şi care a întins spaţiul ca o foaie de hârtie, netezindu-i neregularităţile.
Inflaţia pare deci să rezolve dilema. Dar, la o analiză mai aprofundată, ne întoarcem de unde am plecat. Ca inflaţia să aibă loc în direcţia potrivită pentru ca Universul nostru să fie creat, câmpul conducător al expansiunii, cunoscut sub numele de câmp inflaţionist, trebuie să aibă nişte proprietăţi deosebite. Deci în timp ce câmpul inflaţionist explică misterul entropiei joase a Universului, el însuşi are o entropie joasă. Cum au ajuns fizicienii la o concluzie atât de profundă?
O posibilitate ar fi aceea ca inflaţia să nu fi avut loc doar o singură dată. Un scenariu mai bun ar fi acela în care câmpul inflaţionist a luat naştere într-o stare haotică, cu entropie înaltă şi deci proprietăţile lui au variat din loc în loc. Entropia joasă a inflaţiei care a creat Universul nostru lent şi prin urmare şi direcţia timpului, ar fi doar un scurt impuls într-un mare câmp de entropie înaltă. Unele parţi ale câmpului ar avea condiţiile potrivite pentru a produce un univers asemănător cu al nostru iar altele ar rămâne sterile sau ar produce alte universuri.
De fapt, fizica câmpului inflaţionist demonstrează că există întotdeauna ceva rămas pentru a crea mai multe universuri – ceea ce conduce, inevitabil, la ideea existenţei unui multivers infinit.
În momentul de faţă, o serie de dovezi conduc către posibilitatea existenţei multiversului, făcând mulţi cosmologi să ia această idee în serios. Într-un multivers, unele universuri ar avea direcţii ale timpului în timp ce multe altele nu. Nu ar trebui sa fim surprinşi să ne găsim chiar noi într-un multivers care ar avea o direcţie a timpului, atâta timp cât acesta este singurul tip de univers în care apariţia vieţii ar fi posibilă. „Acesta este scenariul meu favorit”, spune fizicianul Sean Carroll de Institutul de Tehnologie din Pasadena, California. „Această teorie nu are încă suficient de mulţi adepţi, dar sper ca nu peste foarte mult timp fiecare să o considere absolut normală”.
Dar chiar dacă multiuniversul poate explica direcţia timpului, multe mistere încă mai rămân de descifrat. De exemplu, cum cea de-a doua lege a termodinamicii se potriveşte cu natura cuantică a Universului? Sistemele cuantice par să aibă fiecare propria lor direcţie a timpului: sunt întotdeauna descrise de posibile stări de superpoziţie până când o măsurătoare selectează în mod misterios o singură stare, proces ce pare să fie ireversibil. Neuroştiinţa furnizează şi ea la rândul ei propriile mistere. De ce creierul uman îşi aminteşte numai trecutul, nu şi viitorul?
„Înţelegerea modului în care direcţia timpului se manifestă în numeroase circumstanţe – evoluţie, vârstă, cauzalitate, complexitate – reprezintă încă a un „tărâm virgin” de întrebări rămase fără răspuns”, spune Carroll. Se speră însă că fizicienii vor putea afla mai multe răspunsuri în viitor, presupunând că acestea ar exista.
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului About time: Why does time's arrow fly only one way?, 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.
Traducere: Claudia Rusu
