U ovom blog postu istražujemo teče li vrijeme doista samo pravocrtno i kako se njegov smjer može mijenjati unutar svemira i evolucije.
Što je vrijeme? Augustin Hiponski je rekao: „Kad nitko ne pita, znam što je vrijeme; ali kad ga pokušam objasniti, više ne znam.“ Riječi Augustina Hiponskog prikladno ukazuju na prirodu vremena. Iako je njegovu bit teško shvatiti, jasno je da vrijeme teče poput strijele, od prošlosti prema budućnosti. Taj tok prožima svaki trenutak naših života, a ljudsko iskustvo strukturirano je protokom vremena. Prošlost koje se sjećamo, budućnost koju predviđamo i sadašnjost u kojoj živimo, sve to postoji unutar okvira vremena.
Znanstvena istraživanja usmjerenosti vremena započela su tek u moderno doba, s dvije primarne perspektive: kozmološkim vremenom i termodinamičkim vremenom. Kozmološko vrijeme odnosi se na smjer u kojem se svemir širi. Termodinamičko vrijeme je koncept povezan s vremenom koje napreduje u smjeru povećanja entropije ili nereda. Ove dvije perspektive pružaju bitne okvire za razumijevanje koncepta vremena, a svaka teorija igra jedinstvenu ulogu u njegovom objašnjavanju.
Kozmološko vrijeme, koncept vremena primjenjiv na svemir, predstavljen je kroz Isaac Newtonove zakone i Albert Einsteinovu teoriju relativnosti. Prema Isaac Newtonovim zakonima, poznavanje trenutnog stanja objekta - njegovog položaja i brzine - omogućuje nam da odredimo njegovo buduće ili prošlo stanje. Međutim, kada se ovi zakoni primjenjuju na cijeli svemir, postaje nemoguće odrediti pokazuje li smjer vremena prema prošlosti ili budućnosti. Drugim riječima, čak i ako bi se pretpostavilo da vrijeme teče unatrag, gibanje objekata i dalje bi se činilo da se pokorava Isaac Newtonovim zakonima. To se naziva simetrija vremena. Na primjer, filmska snimka planetarnog gibanja snimljena svemirskom sondom reproducirala bi se savršeno, bez obzira na to je li reproducirana naprijed ili unatrag, i i dalje bi se dobro uklapala u Isaac Newtonove zakone. Stoga, sami Newtonovi zakoni ne mogu adekvatno objasniti usmjerenost kozmološkog vremena, za koje se smatra da napreduje u smjeru trenutnog svemira koji se širi.
Štoviše, čak ni Einsteinova teorija relativnosti, poznata kao teorija koja do danas najbolje objašnjava širenje svemira, ne pruža odgovarajuće objašnjenje usmjerenosti vremena. Iako je Einsteinova teorija relativnosti dala revolucionarne doprinose redefinirajući odnos između vremena i prostora i objašnjavajući kako svemir funkcionira, ona i dalje ostavlja praznine u vezi s asimetrijom vremena. Ovo ograničenje potaknulo je znanstvenike da traže novu ujedinjenu teoriju i zahtijeva dublje razumijevanje načina funkcioniranja vremena.
U međuvremenu, termodinamičko vrijeme odnosi se na vrijeme opisano Drugim zakonom termodinamike. Prema ovom zakonu, prirodne pojave odvijaju se u smjeru u kojem se energija raspršuje, a entropija povećava. Baš kao što se keramička posuda razbije kada se pusti na pod, ili se dim koji se diže u sobi postupno raspršuje i širi dalje prema van kada se prozor otvori, priroda napreduje prema stanju maksimalnog nereda. Vrijeme koje se opaža u ovim primjerima je nepovratno, stoga se naziva nepovratnim vremenom. Smjer ovih prirodnih pojava upravo je smjer termodinamičkog vremena. Ovaj zakon objašnjava usmjerenost vremena koju doživljavamo u našem svakodnevnom svijetu bez odstupanja od stvarnosti.
Ponekad se Drugi zakon termodinamike može činiti problematičnim. Čini se da proturječi teoriji evolucije, koja tvrdi da se životni oblici pojavljuju i razvijaju u uređene organizme. To je zato što evolucija smatra da se jednostavniji životni oblici razvijaju u složenije, što implicira povećanje stupnja reda. U vezi s ovom očiglednom kontradikcijom, Ilja Romanovič Prigogine pokazao je da red može nastati iz nereda, objašnjavajući time kako evolucijska teorija i Drugi zakon termodinamike mogu koegzistirati. To jest, priroda ne sadrži samo procese koji teže toplinskoj ravnoteži - stanju maksimalne entropije - već može pokazivati i neravnotežne pojave koje minimiziraju povećanje entropije. Drugim riječima, dok cijeli prirodni svijet nesumnjivo napreduje prema toplinskoj ravnoteži, neravnotežna stanja mogu se pojaviti unutar specifičnih prostorno-vremenskih područja.
Na primjer, kada se kapljica tinte ispusti u vodu, konačno stanje postaje blijedo obojeno ravnotežno stanje. Međutim, promatranje procesa otkriva uzorke i strukture nastale kako se tinta širi. Ovo je upravo primjer neravnotežnog stanja koje se privremeno pojavljuje unutar vode. Evolucijska teorija također se smatra fenomenom koji odgovara ovom procesu gdje neravnotežna stanja opstaju. Objašnjen na ovaj način, Drugi zakon termodinamike može koegzistirati bez proturječja s evolucijskom teorijom, a istovremeno učinkovito objašnjava usmjerenost svakodnevnog vremena. Nadalje, ovaj aspekt drugog zakona termodinamike sugerira da usmjerenost vremena ne slijedi isključivo povećanje entropije; lokalno se red i složenost mogu povećati. To se poklapa s raznim prirodnim pojavama koje se događaju oko nas i igra ključnu ulogu u razumijevanju složenosti života i evolucije.
Ali što se događa ako proširimo ovaj Drugi zakon na cijeli svemir? U konačnici, svemir će napredovati iz stanja niske entropije u stanje visoke entropije i nereda. Ako se ovaj proces povećanja entropije nastavi beskonačno, svemir će dosegnuti stanje maksimalne entropije - stanje koje se naziva toplinska smrt, gdje se sva iskoristiva energija potpuno raspršuje i ne događa se daljnja aktivnost. Ovo stanje toplinske smrti predstavlja krajnju točku vremena. Međutim, ovo tumačenje ne uzima u obzir gravitacijsku silu koja djeluje tijekom procesa širenja svemira. Stoga ostaje samo hipoteza i ne opisuje točno stvarno vrijeme svemira.
Slično tome, Drugi zakon termodinamike ima objašnjavajuću moć samo unutar svakodnevnog svijeta; ne uspijeva adekvatno objasniti usmjerenost vremena primjenjivu na cijeli svemir. Slično tome, zakoni Isaaca Newtona opisani ranije i teorija relativnosti također ne mogu objasniti usmjerenost kozmološkog vremena. Koncept vremena daleko je složeniji od onoga što doživljavamo u svakodnevnom životu, što zahtijeva mnogo više istraživanja i razumijevanja njegove biti. Da bi se došlo do pravog objašnjenja usmjerenosti vremena, potrebna je jedinstvena teorija koja može istovremeno objasniti i usmjerenost svakodnevnog vremena i usmjerenost vremena primjenjivu na cijeli svemir. Razvoj takve teorije glavni je izazov s kojim se suočava moderna znanost.
