V tomto blogovom príspevku skúmame, či čas skutočne plynie iba po priamke a ako sa jeho smer môže meniť v rámci vesmíru a evolúcie.
Čo je čas? Augustín z Hippa povedal: „Keď sa ma nikto nepýta, viem, čo je čas; ale keď sa ho snažím vysvetliť, už ho neviem.“ Slová Augustína z Hippa výstižne poukazujú na podstatu času. Hoci je jeho podstatu ťažké pochopiť, je jasné, že čas plynie ako šíp, z minulosti do budúcnosti. Tento tok preniká každým okamihom nášho života a ľudská skúsenosť je štruktúrovaná plynutím času. Minulosť, ktorú si pamätáme, budúcnosť, ktorú predpovedáme, a prítomnosť, v ktorej žijeme, to všetko existuje v rámci času.
Vedecký výskum smerovosti času sa začal až v modernej dobe s dvoma primárnymi perspektívami: kozmologickým časom a termodynamickým časom. Kozmologický čas sa vzťahuje na smer, ktorým sa vesmír rozpína. Termodynamický čas je koncept súvisiaci s časom postupujúcim v smere zvyšujúcej sa entropie alebo neusporiadanosti. Tieto dve perspektívy poskytujú základné rámce pre pochopenie konceptu času a každá teória hrá jedinečnú úlohu pri jeho vysvetľovaní.
Kozmologický čas, koncept času aplikovateľný na vesmír, bol prezentovaný prostredníctvom zákonov Isaaca Newtona a teórie relativity Alberta Einsteina. Podľa zákonov Isaaca Newtona nám znalosť aktuálneho stavu objektu – jeho polohy a rýchlosti – umožňuje určiť jeho budúci alebo minulý stav. Pri aplikácii týchto zákonov na celý vesmír je však nemožné určiť, či smer času smeruje do minulosti alebo do budúcnosti. Inými slovami, aj keby sme predpokladali, že čas plynie dozadu, pohyb objektov by sa stále zdal byť v súlade s zákonmi Isaaca Newtona. Toto sa nazýva symetria času. Napríklad filmový záznam planetárneho pohybu zachytený vesmírnou sondou by sa prehral dokonale bez ohľadu na to, či sa prehral dopredu alebo dozadu, a stále by dobre zodpovedal zákonom Isaaca Newtona. Newtonove zákony preto samotné nedokážu adekvátne vysvetliť smerovosť kozmologického času, o ktorom sa predpokladá, že postupuje v smere súčasného rozpínajúceho sa vesmíru.
Navyše, ani teória relativity Alberta Einsteina, známa ako teória, ktorá doteraz najlepšie vysvetľuje rozpínanie vesmíru, neposkytuje správne vysvetlenie smerovosti času. Zatiaľ čo Einsteinova teória relativity priniesla prelomový prínos tým, že predefinovala vzťah medzi časom a priestorom a vysvetlila, ako vesmír funguje, stále ponecháva medzery, pokiaľ ide o asymetriu času. Toto obmedzenie podnietilo vedcov k hľadaniu novej jednotnej teórie a vyžaduje si hlbšie pochopenie fungovania času.
Termodynamický čas sa medzitým vzťahuje na čas opísaný druhým termodynamickým zákonom. Podľa tohto zákona prírodné javy prebiehajú v smere, v ktorom sa energia rozptyľuje a entropia sa zvyšuje. Rovnako ako sa keramický hrniec rozbije, keď spadne na zem, alebo sa dym stúpajúci v miestnosti postupne rozptyľuje a šíri ďalej von, keď sa otvorí okno, príroda postupuje smerom k stavu maximálneho neusporiadanosti. Čas pozorovaný v týchto príkladoch je nezvratný, preto sa nazýva nezvratný čas. Smer týchto prírodných javov je presne smerom termodynamického času. Tento zákon vysvetľuje smerovosť času, ktorú zažívame v našom každodennom svete, bez toho, aby sa odchyľoval od reality.
Druhý termodynamický zákon sa niekedy môže zdať problematický. Zdá sa, že je v rozpore s teóriou evolúcie, ktorá predpokladá, že formy života vznikajú a vyvíjajú sa do usporiadaných organizmov. Je to preto, lebo evolúcia vníma jednoduchšie formy života ako vyvíjajúce sa do zložitejších, čo naznačuje zvýšenie stupňa usporiadanosti. Pokiaľ ide o tento zdanlivý rozpor, Iľja Romanovič Prigogine preukázal, že poriadok môže vzniknúť z neporiadku, čím vysvetlil, ako môžu evolučná teória a druhý termodynamický zákon koexistovať. To znamená, že príroda neobsahuje len procesy zamerané na tepelnú rovnováhu – stav maximálnej entropie – ale môže vykazovať aj nerovnovážne javy, ktoré minimalizujú nárast entropie. Inými slovami, zatiaľ čo celý prírodný svet nepochybne smeruje k tepelnej rovnováhe, nerovnovážne stavy sa môžu vyskytovať v špecifických časopriestorových oblastiach.
Napríklad, keď sa kvapka atramentu kvapne do vody, konečný stav sa zmení na bledý rovnovážny stav. Pozorovanie procesu však odhalí vzory a štruktúry, ktoré vznikajú pri rozptyľovaní atramentu. Toto je presne príklad nerovnovážneho stavu, ktorý sa dočasne objaví vo vode. Evolučná teória sa tiež považuje za jav zodpovedajúci tomuto procesu, kde nerovnovážne stavy pretrvávajú. Takto vysvetlený druhý termodynamický zákon môže koexistovať bez rozporu s evolučnou teóriou a zároveň efektívne vysvetľovať smerovosť každodenného času. Okrem toho tento aspekt druhého termodynamického zákona naznačuje, že smerovosť času nesleduje iba nárast entropie; lokálne sa môže zvyšovať poriadok a komplexnosť. To je v súlade s rôznymi prírodnými javmi, ktoré sa okolo nás vyskytujú, a hrá kľúčovú úlohu v pochopení komplexnosti života a evolúcie.
Čo sa však stane, ak rozšírime tento druhý zákon na celý vesmír? Vesmír sa nakoniec bude vyvíjať zo stavu nízkej entropie do stavu vysokej entropie a neusporiadanosti. Ak tento proces zvyšovania entropie bude pokračovať donekonečna, vesmír dosiahne stav maximálnej entropie – stav nazývaný tepelná smrť, kde sa všetka využiteľná energia úplne rozptýli a nedochádza k žiadnej ďalšej aktivite. Tento stav tepelnej smrti predstavuje konečný bod času. Táto interpretácia však nezohľadňuje gravitačnú silu pôsobiacu počas procesu rozpínania vesmíru. Preto zostáva iba hypotézou a presne neopisuje skutočný čas vesmíru.
Podobne aj druhý termodynamický zákon má vysvetľujúcu silu iba v každodennom svete; nedokáže adekvátne vysvetliť smerovosť času platnú pre celý vesmír. Podobne ani zákony Isaaca Newtona opísané vyššie a teória relativity nedokážu vysvetliť smerovosť kozmologického času. Pojem času je oveľa zložitejší ako to, čo zažívame v každodennom živote, a vyžaduje si oveľa viac výskumu a pochopenia jeho podstaty. Na dosiahnutie skutočného vysvetlenia smerovosti času je potrebná jednotná teória, ktorá dokáže súčasne vysvetliť smerovosť každodenného času aj smerovosť času platnú pre celý vesmír. Vypracovanie takejto teórie je hlavnou výzvou, ktorej čelí moderná veda.
