Ebben a blogbejegyzésben azt vizsgáljuk, hogy az idő valóban csak egyenes vonalban folyik-e, és hogyan változhat az iránya az univerzumban és az evolúcióban.
Mi az idő? Hippói Ágoston mondta: „Amikor senki sem kérdezi, tudom, mi az idő; de amikor megpróbálom elmagyarázni, már nem tudom.” Hippói Ágoston szavai találóan mutatnak rá az idő természetére. Bár a lényegét nehéz megragadni, egyértelmű, hogy az idő nyílként áramlik, a múltból a jövő felé. Ez az áramlás áthatja életünk minden pillanatát, és az emberi tapasztalatot az idő múlása strukturálja. A múlt, amelyre emlékezünk, a jövő, amelyet megjósolunk, és a jelen, amelyben élünk, mind az idő keretein belül létezik.
Az idő irányultságának tudományos kutatása csak a modern korban kezdődött, két fő nézőponttal: a kozmológiai idővel és a termodinamikai idővel. A kozmológiai idő az univerzum tágulásának irányára vonatkozik. A termodinamikai idő egy olyan fogalom, amely az idő növekvő entrópiája, vagyis rendezetlensége irányába haladásával kapcsolatos. Ez a két nézőpont alapvető keretet biztosít az idő fogalmának megértéséhez, és mindegyik elmélet egyedi szerepet játszik annak magyarázatában.
A kozmológiai idő, az univerzumra alkalmazható időfogalom, Isaac Newton törvényein és Albert Einstein relativitáselméletén keresztül került bemutatásra. Isaac Newton törvényei szerint egy objektum jelenlegi állapotának – helyzetének és sebességének – ismerete lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk a jövőbeli vagy múltbeli állapotát. Ha azonban ezeket a törvényeket az egész univerzumra alkalmazzuk, lehetetlenné válik meghatározni, hogy az idő iránya a múlt vagy a jövő felé mutat-e. Más szóval, még ha feltételeznénk is, hogy az idő visszafelé folyik, a tárgyak mozgása továbbra is Isaac Newton törvényeinek engedelmeskedne. Ezt nevezzük az idő szimmetriájának. Például egy űrszonda által rögzített bolygómozgásról készült filmfelvétel tökéletesen lejátszható lenne, függetlenül attól, hogy előre vagy hátrafelé játszották-e le, és továbbra is jól illeszkedne Isaac Newton törvényeihez. Ezért Newton törvényei önmagukban nem tudják megfelelően megmagyarázni a kozmológiai idő irányultságát, amelyről úgy gondolják, hogy a jelenlegi táguló univerzum irányába halad.
Sőt, még Albert Einstein relativitáselmélete sem, amely a világegyetem tágulását a mai napig legjobban magyarázó elméletként ismert, ad megfelelő magyarázatot az idő irányultságára. Bár Albert Einstein relativitáselmélete úttörő eredményeket hozott az idő és a tér kapcsolatának újradefiniálásával és a világegyetem működésének magyarázatával, továbbra is hézagokat hagy az idő aszimmetriáját illetően. Ez a korlátozás arra késztette a tudósokat, hogy új, egységes elméletet keressenek, és az idő működésének mélyebb megértését követeli meg.
Eközben a termodinamikai idő a termodinamika második főtétele által leírt időre utal. E törvény szerint a természeti jelenségek olyan irányban haladnak, ahol az energia eloszlik, és az entrópia növekszik. Ahogyan egy kerámiaedény összetörik, amikor a padlóra ejtik, vagy ahogy a szobában felszálló füst fokozatosan szétszóródik és tovább terjed kifelé, amikor kinyitunk egy ablakot, a természet is a maximális rendezetlenség állapota felé halad. Az ezekben a példákban megfigyelt idő visszafordíthatatlan, ezért nevezzük visszafordíthatatlan időnek. Ezen természeti jelenségek iránya pontosan megegyezik a termodinamikai idő irányával. Ez a törvény magyarázza a mindennapi világunkban tapasztalt idő irányultságát anélkül, hogy eltérne a valóságtól.
A termodinamika második főtétele időnként problematikusnak tűnhet. Úgy tűnik, ellentmond az evolúció elméletének, amely szerint az életformák rendezett organizmusokká alakulnak és fejlődnek. Ez azért van, mert az evolúció az egyszerűbb életformák összetettebbekké alakulását tekinti, ami a rendezettség fokának növekedését sugallja. Ezzel a látszólagos ellentmondással kapcsolatban Ilja Romanovics Prigozsin bebizonyította, hogy a rendezetlenségből is kialakulhat rend, ezzel megmagyarázva, hogyan létezhet együtt az evolúcióelmélet és a termodinamika második főtétele. Vagyis a természet nemcsak a termikus egyensúlyra – a maximális entrópia állapotára – irányuló folyamatokat tartalmazza, hanem olyan nemegyensúlyi jelenségeket is mutathat, amelyek minimalizálják az entrópia növekedését. Más szóval, míg a teljes természeti világ kétségtelenül a termikus egyensúly felé halad, nemegyensúlyi állapotok előfordulhatnak bizonyos téridő-tartományokban.
Például, amikor egy tintacseppet vízbe ejtünk, a végső állapot halvány színű egyensúlyi állapottá válik. A folyamat megfigyelése azonban feltárja a tinta terjedése során létrejövő mintázatokat és struktúrákat. Ez pontosan egy példa egy nem egyensúlyi állapotra, amely átmenetileg a vízben alakul ki. Az evolúcióelméletet is ennek a folyamatnak megfelelő jelenségnek tekintik, ahol a nem egyensúlyi állapotok fennmaradnak. Így magyarázva a termodinamika második főtétele ellentmondás nélkül együtt létezhet az evolúcióelmélettel, miközben hatékonyan magyarázza a mindennapi idő irányultságát. Továbbá a termodinamika második főtételének ez a vonatkozása azt sugallja, hogy az idő irányultsága nem kizárólag az entrópia növekedését követi; lokálisan a rend és a komplexitás is növekedhet. Ez összhangban van a körülöttünk zajló különféle természeti jelenségekkel, és kulcsszerepet játszik az élet és az evolúció komplexitásának megértésében.
De mi történik, ha ezt a második főtételt kiterjesztjük az egész univerzumra? Végső soron az univerzum egy alacsony entrópiajú állapotból egy magas entrópiajú és rendezetlen állapotba fejlődik. Ha ez az entrópianövekedési folyamat a végtelenségig folytatódik, az univerzum eléri a maximális entrópia állapotát – ezt az állapotot hőhalálnak nevezik, ahol minden felhasználható energia teljesen eloszlik, és további aktivitás nem történik. Ez a hőhalál állapota az idő végső végét jelenti. Ez az értelmezés azonban nem veszi figyelembe a világegyetem tágulási folyamata során ható gravitációs erőt. Ezért csupán egy hipotézis marad, és nem írja le pontosan a világegyetem tényleges idejét.
Hasonlóképpen, a termodinamika második főtétele csak a mindennapi világban rendelkezik magyarázó erővel; nem tudja megfelelően megmagyarázni az idő irányultságát az egész univerzumra vonatkozóan. Hasonlóképpen, Isaac Newton korábban ismertetett törvényei és a relativitáselmélet sem tudják megmagyarázni a kozmológiai idő irányultságát. Az idő fogalma sokkal összetettebb, mint amit a mindennapi életben tapasztalunk, sokkal több kutatást és lényegének megértését igényli. Ahhoz, hogy az idő irányultságának valódi magyarázatát kapjuk, egy egységes elméletre van szükség, amely egyszerre tudja megmagyarázni mind a mindennapi idő irányultságát, mind az idő irányultságát az egész univerzumra vonatkozóan. Egy ilyen elmélet kidolgozása a modern tudomány előtt álló egyik fő kihívás.
