В тази публикация в блога изследваме дали времето наистина тече само по права линия и как неговата посока може да се променя във Вселената и еволюцията.
Какво е времето? Августин Хипонски е казал: „Когато никой не пита, знам какво е времето; но когато се опитвам да го обясня, вече не знам.“ Думите на Августин Хипонски уместно посочват природата на времето. Макар че същността му е трудна за разбиране, ясно е, че времето тече като стрела, от миналото към бъдещето. Този поток прониква във всеки момент от живота ни и човешкият опит е структуриран от течението на времето. Миналото, което помним, бъдещето, което предсказваме, и настоящето, в което живеем, всички съществуват в рамките на времето.
Научните изследвания върху посоката на времето започват едва в днешно време, с две основни перспективи: космологично време и термодинамично време. Космологичното време се отнася до посоката, в която се разширява Вселената. Термодинамичното време е концепция, свързана с времето, което се движи в посока на нарастваща ентропия или безредие. Тези две перспективи предоставят основни рамки за разбиране на концепцията за времето и всяка теория играе уникална роля в обяснението ѝ.
Космологичното време, концепцията за време, приложима към Вселената, е представена чрез законите на Исак Нютон и теорията на относителността на Алберт Айнщайн. Според законите на Исак Нютон, познаването на текущото състояние на даден обект – неговата позиция и скорост – ни позволява да определим неговото бъдещо или минало състояние. Когато обаче тези закони се прилагат към цялата Вселена, става невъзможно да се определи дали посоката на времето сочи към миналото или бъдещето. С други думи, дори ако се приеме, че времето тече назад, движението на обектите все още би изглеждало, че се подчинява на законите на Исак Нютон. Това се нарича симетрия на времето. Например, филмови кадри на планетарното движение, заснети от космическа сонда, биха се възпроизвеждали перфектно, независимо дали са били възпроизвеждани напред или назад, и все пак биха се вписвали добре в законите на Исак Нютон. Следователно, само законите на Нютон не могат адекватно да обяснят посоката на космологичното време, за което се смята, че се движи в посока на сегашната разширяваща се Вселена.
Освен това, дори теорията на относителността на Алберт Айнщайн, известна като теорията, която най-добре обяснява разширяването на Вселената до момента, не успява да даде правилно обяснение за насочеността на времето. Въпреки че теорията на относителността на Алберт Айнщайн направи новаторски принос, като предефинира връзката между времето и пространството и обясни как функционира Вселената, тя все още оставя пропуски по отношение на асиметрията на времето. Това ограничение е накарало учените да търсят нова единна теория и изисква по-задълбочено разбиране за това как функционира времето.
Междувременно, термодинамичното време се отнася до времето, описано от Втория закон на термодинамиката. Според този закон, природните явления протичат в посока, в която енергията се разсейва, а ентропията се увеличава. Точно както керамична тенджера се разбива, когато бъде изпусната на пода, или димът, издигащ се в стая, постепенно се разпръсква и се разпространява навън, когато се отвори прозорец, природата напредва към състояние на максимален безпорядък. Времето, наблюдавано в тези примери, е необратимо и затова се нарича необратимо време. Посоката на тези природни явления е точно посоката на термодинамичното време. Този закон обяснява насочеността на времето, която преживяваме в ежедневието си, без да се отклонява от реалността.
Понякога Вторият закон на термодинамиката може да изглежда проблематичен. Той сякаш противоречи на теорията за еволюцията, която твърди, че формите на живот възникват и еволюират в подредени организми. Това е така, защото еволюцията разглежда по-простите форми на живот като еволюиращи в по-сложни, което предполага повишаване на степента на подреденост. По отношение на това очевидно противоречие, Иля Романович Пригожин демонстрира, че редът може да възникне от безпорядъка, като по този начин обяснява как еволюционната теория и Вторият закон на термодинамиката могат да съществуват едновременно. Тоест, природата не само съдържа процеси, целящи термично равновесие – състояние на максимална ентропия – но може също да проявява неравновесни явления, които минимизират увеличаването на ентропията. С други думи, докато целият природен свят несъмнено напредва към термично равновесие, неравновесни състояния могат да възникнат в рамките на специфични пространствено-времеви региони.
Например, когато капка мастило се пусне във вода, крайното състояние става бледо оцветено равновесно състояние. Наблюдението на процеса обаче разкрива моделите и структурите, създадени при разпространението на мастилото. Това е точно пример за неравновесно състояние, което временно се появява във водата. Еволюционната теория също се разглежда като феномен, съответстващ на този процес, при който неравновесни състояния продължават да съществуват. Обяснен по този начин, Вторият закон на термодинамиката може да съществува едновременно без противоречие с еволюционната теория, като същевременно ефективно обяснява насочеността на ежедневното време. Освен това, този аспект на втория закон на термодинамиката предполага, че насочеността на времето не следва единствено увеличаването на ентропията; локално редът и сложността могат да се увеличат. Това е в съответствие с различни природни явления, случващи се около нас, и играе ключова роля в разбирането на сложността на живота и еволюцията.
Но какво ще стане, ако разширим този Втори закон за цялата Вселена? В крайна сметка Вселената ще премине от състояние на ниска ентропия към състояние на висока ентропия и безредие. Ако този процес на увеличаване на ентропията продължи безкрайно, Вселената ще достигне състояние на максимална ентропия – състояние, наречено топлинна смърт, при което цялата използваема енергия е напълно разсеяна и не се наблюдава по-нататъшна активност. Това състояние на топлинна смърт представлява крайната точка на времето. Тази интерпретация обаче не отчита гравитационната сила, действаща по време на процеса на разширяване на Вселената. Следователно, тя остава просто хипотеза и не описва точно действителното време на Вселената.
По подобен начин, Вторият закон на термодинамиката има обяснителна сила само в рамките на ежедневието; той не успява да обясни адекватно насочеността на времето, приложима за цялата вселена. По същия начин, законите на Исак Нютон, описани по-рано, и теорията на относителността също не могат да обяснят насочеността на космологичното време. Концепцията за време е много по-сложна от това, което преживяваме в ежедневието, и изисква много повече изследвания и разбиране на нейната същност. За да се стигне до истинско обяснение на насочеността на времето, е необходима единна теория, която може едновременно да обясни както насочеността на ежедневието, така и насочеността на времето, приложима за цялата вселена. Разработването на такава теория е основно предизвикателство пред съвременната наука.
