I dette blogindlæg undersøger vi, om tiden virkelig kun flyder i en lige linje, og hvordan dens retning kan ændre sig inden for universet og evolutionen.
Hvad er tid? Augustin af Hippo sagde: "Når ingen spørger, ved jeg, hvad tid er; men når jeg prøver at forklare det, ved jeg det ikke længere." Augustin af Hippo's ord påpeger rammende tidens natur. Selvom dens essens er svær at forstå, er det tydeligt, at tiden flyder som en pil, fra fortiden mod fremtiden. Denne strøm gennemsyrer hvert øjeblik af vores liv, og den menneskelige erfaring er struktureret af tidens gang. Den fortid, vi husker, den fremtid, vi forudsiger, og den nutid, vi lever i, eksisterer alle inden for tidens rammer.
Videnskabelig forskning i tidens retning begyndte først i moderne tid med to primære perspektiver: kosmologisk tid og termodynamisk tid. Kosmologisk tid relaterer sig til den retning, universet udvider sig i. Termodynamisk tid er et koncept relateret til tid, der skrider frem i retning af stigende entropi eller uorden. Disse to perspektiver giver essentielle rammer for at forstå begrebet tid, og hver teori spiller en unik rolle i at forklare det.
Kosmologisk tid, begrebet tid, der gælder for universet, blev præsenteret gennem Isaac Newtons love og Albert Einsteins relativitetsteori. Ifølge Isaac Newtons love giver kendskab til et objekts nuværende tilstand - dets position og hastighed - os mulighed for at bestemme dets fremtidige eller tidligere tilstand. Men når man anvender disse love på hele universet, bliver det umuligt at afgøre, om tidens retning peger mod fortiden eller fremtiden. Med andre ord, selvom tiden antages at flyde baglæns, ville objekters bevægelse stadig synes at overholde Isaac Newtons love. Dette kaldes tidens symmetri. For eksempel ville filmoptagelser af planetbevægelse optaget af en rumsonde afspilles perfekt, uanset om de blev afspillet forlæns eller baglæns, og ville stadig passe godt til Isaac Newtons love. Derfor kan Newtons love alene ikke tilstrækkeligt forklare retningen af kosmologisk tid, som menes at bevæge sig i retning af det nuværende ekspanderende univers.
Desuden giver selv Albert Einsteins relativitetsteori, kendt som den teori, der bedst forklarer universets udvidelse til dato, ikke en ordentlig forklaring på tidens retningsbestemmelse. Selvom Albert Einsteins relativitetsteori bidrog banebrydende ved at omdefinere forholdet mellem tid og rum og forklare, hvordan universet fungerer, efterlader den stadig huller med hensyn til tidens asymmetri. Denne begrænsning har fået forskere til at søge en ny samlet teori og kræver en dybere forståelse af, hvordan tiden fungerer.
Termodynamisk tid refererer derimod til den tid, der er beskrevet af termodynamikkens anden lov. Ifølge denne lov fortsætter naturfænomener i en retning, hvor energi forsvinder, og entropien stiger. Ligesom en keramisk potte splintres, når den tabes på gulvet, eller røg, der stiger op i et rum, gradvist spredes og spredes yderligere udad, når et vindue åbnes, bevæger naturen sig mod en tilstand af maksimal uorden. Den tid, der observeres i disse eksempler, er irreversibel og derfor kaldet irreversibel tid. Retningen af disse naturfænomener er præcis den samme retning som den termodynamiske tid. Denne lov forklarer den retning, vi oplever i vores hverdagsverden, uden at afvige fra virkeligheden.
Til tider kan termodynamikkens anden lov virke problematisk. Den synes at modsige evolutionsteorien, som postulerer, at livsformer opstår og udvikler sig til ordnede organismer. Dette skyldes, at evolutionsteorien ser enklere livsformer, der udvikler sig til mere komplekse, hvilket antyder en stigning i graden af orden. Med hensyn til denne tilsyneladende modsigelse demonstrerede Ilya Romanovich Prigogine, at orden kan opstå fra uorden, og forklarede dermed, hvordan evolutionsteorien og termodynamikkens anden lov kan sameksistere. Det vil sige, at naturen ikke kun indeholder processer, der sigter mod termisk ligevægt - tilstanden med maksimal entropi - men kan også udvise ikke-ligevægtsfænomener, der minimerer entropistigningen. Med andre ord, mens hele den naturlige verden utvivlsomt udvikler sig mod termisk ligevægt, kan ikke-ligevægtstilstande forekomme inden for specifikke rumtidsområder.
For eksempel, når en blækdråbe falder i vand, bliver den endelige tilstand en lysfarvet ligevægtstilstand. Observation af processen afslører dog de mønstre og strukturer, der skabes, når blækket spredes. Dette er netop et eksempel på en ikke-ligevægtstilstand, der midlertidigt opstår i vand. Evolutionsteorien ses også som et fænomen, der svarer til denne proces, hvor ikke-ligevægtstilstande fortsætter. Forklaret på denne måde kan termodynamikkens anden lov sameksistere uden modsigelse med evolutionsteorien, samtidig med at den effektivt forklarer retningen af hverdagstiden. Desuden antyder dette aspekt af termodynamikkens anden lov, at tidens retning ikke udelukkende følger entropistigning; lokalt kan orden og kompleksitet stige. Dette stemmer overens med forskellige naturfænomener, der forekommer omkring os, og spiller en afgørende rolle i forståelsen af livets og evolutionens kompleksitet.
Men hvad sker der, hvis vi udvider denne anden lov til hele universet? I sidste ende vil universet udvikle sig fra en tilstand med lav entropi til en tilstand med høj entropi og uorden. Hvis denne proces med entropistigning fortsætter på ubestemt tid, vil universet nå en tilstand med maksimal entropi - en tilstand kaldet varmedød, hvor al brugbar energi er fuldstændigt forsvundet, og der ikke finder yderligere aktivitet sted. Denne tilstand af varmedød repræsenterer det ultimative endepunkt for tid. Denne fortolkning tager dog ikke højde for den tyngdekraft, der virker under universets udvidelsesproces. Derfor forbliver den blot en hypotese og beskriver ikke nøjagtigt universets faktiske tid.
På samme måde har termodynamikkens anden lov kun forklaringskraft i hverdagsverdenen; den forklarer ikke tilstrækkeligt tidens retningsbestemmelse, der gælder for hele universet. Ligeledes kan Isaac Newtons love, som er beskrevet tidligere, og relativitetsteorien heller ikke forklare den kosmologiske tids retningsbestemmelse. Tidsbegrebet er langt mere komplekst end det, vi oplever i dagligdagen, og kræver meget mere forskning og forståelse af dets essens. For at nå frem til en sand forklaring på tidens retningsbestemmelse er der behov for en samlet teori, der samtidig kan forklare både hverdagens tid og tidens retningsbestemmelse, der gælder for hele universet. Udviklingen af en sådan teori er en stor udfordring for moderne videnskab.
