Materia curbează spaţiu-timpul, iar spaţiu-timpul curbat dictează mişcarea materiei în univers. credit: LIGO/T. Pyle
Puține idei din știința modernă ne-au remodelat înțelegerea realității mai profund decât spațiu-timpul — structura interconectată a spațiului și timpului, aflată în centrul teoriei relativității a lui Albert Einstein.
Spațiu-timpul este descris adesea ca „țesătura realității” (eng. fabric of reality). În unele relatări, această țesătură este văzută ca un „univers-bloc” fix, cu patru dimensiuni — o hartă completă a tuturor evenimentelor, trecute, prezente și viitoare.
> Citește și: Ce este „universul-bloc”
În altele, este un câmp dinamic care se îndoaie și se curbează ca răspuns la gravitație.
Dar ce înseamnă, de fapt, să spui că spațiu-timpul există? Ce fel de entitate este el: structură, substanță sau metaforă?
Inima fizicii moderne
Aceste întrebări nu sunt doar filozofice. Ele se află în centrul modului în care interpretăm fizica modernă și modelează în tăcere totul, de la felul în care înțelegem relativitatea generală până la felul în care ne imaginăm călătoria în timp, multiversul și originile noastre.
Aceste întrebări influențează chiar modul în care concepem apariția spațiu-timpului și noile propuneri radicale care îl tratează ca pe memoria universului. Și totuși, limbajul pe care îl folosim pentru a descrie spațiul-timp este adesea vag, metaforic și profund inconsistent.
Filozoful austro-britanic Ludwig Wittgenstein avertiza odată că problemele filozofice apar atunci când „limbajul pleacă în vacanță”. Fizica, se pare, ar putea fi un exemplu perfect.
De-a lungul ultimului secol, cuvinte familiare precum „timp”, „a exista” și „atemporal” au fost refolosite în contexte tehnice fără a fi examinat ce încărcătură păstrează din vorbirea cotidiană.
Aceasta a dus la o confuzie larg răspândită în privința a ceea ce înseamnă de fapt acești termeni.
Problema cu limbajul
În filozofia fizicii, în special într-o viziune cunoscută drept eternalism, cuvântul „atemporal” este folosit în mod literal.
Eternalismul este ideea că timpul nu curge și nu trece, că toate evenimentele de-a lungul întregului timp sunt la fel de reale, în cadrul unei structuri cu patru dimensiuni numită „univers-bloc”.
Conform acestei viziuni, întreaga istorie a universului este deja așezată, atemporal, în structura spațiul-timpului.
În acest context, „atemporal” înseamnă că universul nu are durată și nu evoluează într-un sens real.
Nu există devenire. Nu există schimbare. Există doar un bloc, iar toată eternitatea există atemporal în interiorul lui.
Dar aceasta duce la o problemă și mai profundă. Dacă tot ceea ce se întâmplă vreodată în eternitate este la fel de real, iar toate evenimentele sunt deja acolo, ce înseamnă, de fapt, să spui că spațiu-timpul există?
Un elefant în încăpere
Există o diferență structurală între existență (ceva ce există, ca un scaun) și apariție (care se întâmplă, ca un fulger sau flashul camerei foto). Una este un mod de a fi, cealaltă, un mod de a se întâmpla.
Imaginează-ți că un elefant stă lângă tine. Probabil ai spune: „Acest elefant există”. L-ai putea descrie ca pe un obiect tridimensional, dar, esențial, el este un „obiect tridimensional care există”.
În contrast, imaginează-ți un elefant pur tridimensional care fulgeră în cameră pentru o clipă: un moment secțional din viața unui elefant existent, apărând și dispărând ca o fantomă. Acel elefant nu există cu adevărat în sens obișnuit. El se întâmplă. El are loc.
Un elefant existent dăinuie în timp, iar spațiul-timp cataloghează fiecare moment al existenței lui ca o geodezică (eng. world line) cu patru dimensiuni — traiectoria unui obiect prin spațiu și timp pe durata existenței lui. „Elefantul care... s-a întâmplat” imaginar este doar o felie spațială din acel tub; un moment tridimensional.
Acum aplică această distincție la spațiul-timp însuși. Ce înseamnă ca spațiu-timpul cu patru dimensiuni să existe în același sens în care există elefantul? Dăinuie spațiu-timpul în același fel? Are spațiul-timp propriul său set de momente „acum”? Sau spațiu-timpul — ansamblul tuturor evenimentelor care au loc în eternitate — este doar ceva ce se întâmplă? Este spațiu-timpul pur și simplu un cadru descriptiv pentru a pune în relație acele evenimente?
Eternalismul face confuză această distincție. El tratează întreaga eternitate — adică tot spațiu-timpul — ca pe o structură existentă și consideră trecerea timpului drept o iluzie. Dar acea iluzie este imposibilă dacă tot spațiu-timpul se întâmplă într-o clipă.
Pentru a recupera iluzia că timpul trece în acest cadru, spațiul-timp cu patru dimensiuni trebuie să existe într-un mod mai asemănător cu elefantul tridimensional existent — a cărui existență este descrisă de spațiu-timpul cu patru dimensiuni.
Fiecare eveniment
Să ducem acest gând un pas mai departe.
Dacă ne imaginăm că fiecare eveniment din întreaga istorie a universului „există” în universul-bloc, atunci am putea întreba: când există blocul însuși? Dacă el nu evoluează și nu se schimbă, există oare atemporal? Dacă da, atunci adăugăm o altă dimensiune de timp la ceva care trebuia să fie atemporal în sens literal.
Pentru a înțelege acest lucru, am putea construi un cadru cu cinci dimensiuni, folosind trei dimensiuni spațiale și două temporale. A doua axă a timpului ne-ar permite să spunem că spațiu-timpul cu patru dimensiuni există exact în același fel în care gândim, în mod obișnuit, că un elefant din cameră există în cele trei dimensiuni spațiale care ne înconjoară, evenimentele căruia le catalogăm drept spațiu-timp cu patru dimensiuni.
În acest punct, ieșim din fizica consacrată, care descrie spațiul-timp doar prin patru dimensiuni. Dar aceasta dezvăluie o problemă profundă: nu avem un mod coerent de a vorbi despre ce înseamnă ca spațiu-timpul să existe fără să reintroducem din greșeală timpul printr-o dimensiune suplimentară ce nu face parte din fizică.
E ca și cum am încerca să descriem un cântec care există integral deodată, fără să fie interpretat (cântat) și ascultat.
De la fizică la ficțiune
Această confuzie modelează felul în care ne imaginăm timpul în ficțiune și în știința populară.
În „Terminator”, filmul lui James Cameron din 1984, toate evenimentele sunt tratate ca fixe. Călătoria în timp este posibilă, dar cronologia nu poate fi schimbată. Totul există deja într-o stare fixă, atemporală.
În al patrulea film din franciza Avengers, Avengers: Endgame (2019), călătoria în timp le permite personajelor să modifice evenimente trecute și să remodeleze cronologia, sugerând un univers-bloc care atât există, cât și se schimbă.
Acea schimbare poate avea loc doar dacă cronologia cu patru dimensiuni există în același mod în care lumea noastră tridimensională există.
Dar, indiferent dacă o asemenea schimbare este posibilă sau nu, ambele scenarii presupun că trecutul și viitorul sunt acolo, gata de a fi vizitate. Totuși, niciunul nu se confruntă cu întrebarea ce fel de existență implică aceasta sau în ce fel spațiu-timpul diferă de o simplă hartă a evenimentelor.
Înțelegerea realității
Când fizicienii spun că spațiul-timp „există”, ei lucrează adesea într-un cadru care a estompat în tăcere linia dintre existență și apariție. Rezultatul este un model metafizic care, în cel mai bun caz, duce lipsă de claritate, iar în cel mai rău caz, ascunde însăși natura realității.
Nimic din toate acestea nu pune în pericol teoria matematică a relativității sau știința empirică ce o confirmă. Ecuațiile lui Einstein funcționează în continuare. Dar modul în care interpretăm acele ecuații contează, mai ales atunci când influențează cum vorbim despre realitate și cum abordăm problemele mai profunde din fizică.
Aceste interpretări includ încercările de a reconcilia relativitatea generală cu teoria cuantică — o provocare explorată atât în filozofie, cât și în discuțiile de știință populară.
Definirea spațiului-timp este mai mult decât o dezbatere tehnică — este despre în ce fel de lume credem că trăim.
Traduducere după What, exactly, is space-time? de Daryl Janzen, instructor de astronomie și manager de observator, Universitatea Saskatchewan.
