V tomto blogovém příspěvku zkoumáme, zda čas skutečně plyne pouze po přímce a jak se jeho směr může měnit v rámci vesmíru a evoluce.
Co je čas? Augustin z Hippa řekl: „Když se nikdo neptá, vím, co je čas; ale když se ho snažím vysvětlit, už nevím.“ Slova Augustina z Hippa výstižně poukazují na podstatu času. I když je jeho podstatu těžké pochopit, je jasné, že čas plyne jako šíp, z minulosti do budoucnosti. Tento tok prostupuje každým okamžikem našeho života a lidská zkušenost je strukturována plynutím času. Minulost, kterou si pamatujeme, budoucnost, kterou předpovídáme, a přítomnost, ve které žijeme, to vše existuje v rámci času.
Vědecký výzkum směrovosti času začal až v moderní době, a to ze dvou primárních perspektiv: kosmologického času a termodynamického času. Kosmologický čas se vztahuje ke směru rozpínání vesmíru. Termodynamický čas je koncept související s časem postupujícím ve směru rostoucí entropie neboli neuspořádanosti. Tyto dvě perspektivy poskytují základní rámce pro pochopení konceptu času a každá teorie hraje v jeho vysvětlení jedinečnou roli.
Kosmologický čas, koncept času aplikovatelný na vesmír, byl prezentován prostřednictvím zákonů Isaaca Newtona a teorie relativity Alberta Einsteina. Podle zákonů Isaaca Newtona nám znalost aktuálního stavu objektu – jeho polohy a rychlosti – umožňuje určit jeho budoucí nebo minulý stav. Při aplikaci těchto zákonů na celý vesmír je však nemožné určit, zda směr času ukazuje do minulosti nebo budoucnosti. Jinými slovy, i kdybychom předpokládali, že čas plyne zpět, pohyb objektů by se stále jevil jako zákon Isaaca Newtona. Tomu se říká symetrie času. Například filmový záznam planetárního pohybu zachycený vesmírnou sondou by se přehrával perfektně, bez ohledu na to, zda byl přehráván dopředu nebo dozadu, a stále by dobře odpovídal zákonům Isaaca Newtona. Newtonovy zákony proto samy o sobě nemohou adekvátně vysvětlit směrovost kosmologického času, o kterém se předpokládá, že postupuje ve směru současného rozpínajícího se vesmíru.
Navíc ani teorie relativity Alberta Einsteina, známá jako teorie, která dosud nejlépe vysvětluje rozpínání vesmíru, neposkytuje správné vysvětlení směrovosti času. Ačkoli Einsteinova teorie relativity přinesla průlomové příspěvky tím, že předefinovala vztah mezi časem a prostorem a vysvětlila, jak vesmír funguje, stále ponechává mezery ohledně asymetrie času. Toto omezení vedlo vědce k hledání nové jednotné teorie a vyžaduje hlubší pochopení fungování času.
Termodynamický čas se mezitím vztahuje k času popsanému druhým termodynamickým zákonem. Podle tohoto zákona přírodní jevy probíhají ve směru, kde se energie rozptyluje a entropie roste. Stejně jako se keramický hrnec roztříští, když upadne na podlahu, nebo se kouř stoupající v místnosti postupně rozptyluje a šíří se dále ven, když se otevře okno, příroda postupuje směrem ke stavu maximálního neuspořádanosti. Čas pozorovaný v těchto příkladech je nevratný, proto se nazývá nevratný čas. Směr těchto přírodních jevů je přesně směr termodynamického času. Tento zákon vysvětluje směrovost času, kterou zažíváme v našem každodenním světě, aniž by se odchylovala od reality.
Druhý termodynamický zákon se občas může zdát problematický. Zdá se, že je v rozporu s teorií evoluce, která předpokládá, že se formy života objevují a vyvíjejí v uspořádané organismy. Je to proto, že evoluce vnímá jednodušší formy života jako vývoj ve složitější, což implikuje zvýšení stupně uspořádanosti. V souvislosti s tímto zdánlivým rozporem Ilja Romanovič Prigogine prokázal, že řád může vzniknout z neuspořádanosti, a tím vysvětlil, jak mohou evoluční teorie a druhý termodynamický zákon koexistovat. To znamená, že příroda neobsahuje pouze procesy směřující k tepelné rovnováze – stavu maximální entropie – ale může také vykazovat nerovnovážné jevy, které minimalizují nárůst entropie. Jinými slovy, zatímco celý přírodní svět nepochybně směřuje k tepelné rovnováze, nerovnovážné stavy se mohou vyskytovat v určitých časoprostorových oblastech.
Například když se kapka inkoustu pustí do vody, konečný stav se stane bledě zbarveným rovnovážným stavem. Pozorování procesu však odhaluje vzory a struktury, které vznikají při rozpíjení inkoustu. Toto je přesně příklad nerovnovážného stavu, který se dočasně objeví ve vodě. Evoluční teorie je také vnímána jako jev odpovídající tomuto procesu, kdy nerovnovážné stavy přetrvávají. Vysvětleno tímto způsobem může druhý termodynamický zákon koexistovat bez rozporu s evoluční teorií a zároveň efektivně vysvětlovat směrovost každodenního času. Tento aspekt druhého termodynamického zákona dále naznačuje, že směrovost času nesleduje pouze nárůst entropie; lokálně se může zvyšovat řád a složitost. To je v souladu s různými přírodními jevy, které se kolem nás vyskytují, a hraje klíčovou roli v pochopení složitosti života a evoluce.
Ale co se stane, když tento druhý zákon rozšíříme na celý vesmír? Vesmír nakonec přejde ze stavu nízké entropie do stavu vysoké entropie a neuspořádanosti. Pokud tento proces zvyšování entropie bude pokračovat donekonečna, vesmír dosáhne stavu maximální entropie – stavu zvaného tepelná smrt, kdy je veškerá využitelná energie zcela rozptýlena a nedochází k žádné další aktivitě. Tento stav tepelné smrti představuje konečný bod času. Tato interpretace však nezohledňuje gravitační sílu působící během procesu rozpínání vesmíru. Proto zůstává pouze hypotézou a přesně nepopisuje skutečný čas vesmíru.
Podobně má druhý termodynamický zákon vysvětlující sílu pouze v každodenním světě; nedokáže adekvátně vysvětlit směrovost času platnou pro celý vesmír. Stejně tak dříve popsané zákony Isaaca Newtona a teorie relativity nemohou vysvětlit směrovost kosmologického času. Pojem času je mnohem složitější než to, co zažíváme v každodenním životě, a vyžaduje mnohem více výzkumu a pochopení jeho podstaty. Abychom dospěli ke skutečnému vysvětlení směrovosti času, je zapotřebí jednotná teorie, která dokáže současně vysvětlit směrovost každodenního času i směrovost času platnou pro celý vesmír. Vypracování takové teorie je hlavní výzvou, které čelí moderní věda.
