3 rzeczy, których dowiesz się z książki “Tajemnica czasu”

Wszystkie wielkie zagadnienia współczesnej nauki – teoria względności, mechanika kwantowa, wielki wybuch, unifikacja oddziaływań podstawowych – ostatecznie zmuszają nas do powtórnego rozpatrzenia natury czasu.

Tajemnica czasu to pierwsza książka, jaka wpadła mi w tym roku w ręce i może okazać się też jedną z najlepszych. Jej autora, Carlo Rovelliego, mieliście już okazję poznać za sprawą wydanej w Polsce dwa lata temu – również dzięki wydawnictwu Feeria Science – pozycji Rzeczywistość nie jest tym, czym się wydaje. Włoski fizyk dał wtedy prawdziwy popis, tworząc arcyciekawy zarys pętlowej grawitacji kwantowej, będącej jedną z głównych kandydatek do miana teorii wszystkiego. Obiecałem sobie wtedy, że nie odpuszczę kolejnych prac tego autora.

Jak wskazuje sam tytuł, Tajemnica czasu poświęcona została jednemu z najbardziej elementarnych, ale i najmętniejszych tematów w całych dziejach nauki oraz filozofii. Po tysiącleciach dociekań nadal nie jesteśmy zgodni co do definicji czasu, ani nawet co do faktu jego istnienia. Arystoteles twierdził, iż czas stanowi miarę wszechobecnych zmian. Dla Izaaka Newtona było to po prostu nigdy niekończące się “trwanie”. Za Alberta Einsteina pojawiło się pojęcie czasoprzestrzeń, konstruktu łączącego elastyczną przestrzeń z równie relatywnym czasem w jedną całość. Co mamy dziś? Jak można interpretować zjawisko upływu czasu na gruncie współczesnych hipotez, obezwładniających umysł swoją abstrakcyjnością i zaawansowaniem? Wreszcie wypada zapytać, czy tykanie zegarka jest w fizyce aby na pewno czymś tak nieodzownym i fundamentalnym, że nie możemy się bez tego obejść? W grę wchodzą liczne koncepcje, zarówno bliskie naszym codziennym doświadczeniom jak i zupełnie nieintuicyjne. Carlo Rovelli przedstawia głównie te drugie, robiąc to jednak z należytym wyczuciem, wyraźnie oddzielając to co wiemy, od tego co jedynie przypuszczamy.

Jak zwykle pozwoliłem sobie na wynotowanie trzech interesujących spostrzeżeń, które mogą zachęcić Was do przewertowania całej Tajemnicy czasu.

1. Czy prawa fizyki rozróżniają kierunek upływu czasu?

Przyczynkiem do współczesnych rozważań na temat czasu jest zdumiewający fakt, że w zasadzie istnieje tylko jedno fundamentalne równanie fizyczne, które rozróżnia przeszłość od przyszłości. Wygląda ono tak: ΔS ≥ 0. Zgodnie z nim w układzie ciał ciepło zawsze przechodzi z miejsca cieplejszego do zimniejszego. Jest to równanie Rudolfa Clausiusa, będące zarazem esencją drugiej zasady termodynamiki. Entropia rośnie, ciepło się ulatnia, stany energetyczne dążą do równowagi – to wszystko dzieje się w jednym kierunku i tworzy tzw. termodynamiczną strzałkę czasu. Stąd, gdybyśmy zaobserwowali w przyrodzie samoistny spadek entropii – jak układający się w całość rozbity kieliszek – mielibyśmy prawo pomyśleć, że cofamy się w czasie.

To wszystko wydaje się oczywiste, ale wcale takie nie jest. Musimy sobie uświadomić, że zdecydowana większość równań fizycznych wcale nie przypomina pod tym względem drugiej zasady termodynamiki. Nie ważne czy weźmiemy pod lupę prawa Newtona, elektromagnetyzm Maxwella czy teorię względności Einsteina. W bardzo wielu równaniach czas został uwzględniony, ale w niemal żadnym nie znajdziesz niczego co pozwala na rozróżnienie przeszłości i przyszłości. Tylko przepływ energii niezawodnie przypomina nam, że strzałka czasu ciągle wskazuje ten sam kierunek.

2. Czy istnieją kwanty czasu?

W mikroświecie rytm wszystkim procesom nadaje mechanika kwantowa. Nie uciekniemy więc od pytania, jak upływ czasu wygląda w skali subatomowej? Zgodnie z naszą wiedzą wszelkie wielkości – energia, przestrzeń, a nawet czas – powinny dać się porcjować, czy inaczej mówiąc, kwantować. I rzeczywiście, zestawiając poszczególne stałe, fizycy doszli do wniosku, iż czas nie stanowi ciągłej struktury. Jej najmniejszy możliwy do wyodrębnienia odcinek, najdrobniejsze tyknięcie zegara, trwa 10-44 sekundy. To tzw. czas Plancka.

Na tym związki mechaniki kwantowej z czasem się kończą. Skoro istnieją kwanty czasu, to powinny również podlegać najważniejszej regule mikroświata – zasadzie nieoznaczoności Heisenberga. Carlo Rovelli twierdzi, że jako pełnoprawny obiekt fizyczny, czasoprzestrzeń powinna fluktuować nie inaczej od elektronu czy fotonu. Wiązałoby się to z daleko idącymi implikacjami. Przede wszystkim, w najmniejszej skali różnice między przeszłością i przyszłością pozostają płynne, w związku z wkradającym się tu elementem nieokreśloności. Tak jak cząstka elementarna potrafi nie przybierać konkretnego położenia w przestrzeni, tak mikrochwila może być jednocześnie przyszłością i przeszłością. I podobnie jak w przypadku cząstek, tak i tu nieoznaczoność ustępuje miejsca klarownej formie, dopiero przy okazji kontaktu z jakimś układem fizycznym, gdy funkcja falowa ulegnie kolapsowi.

3. Czy eternalizm wraca do łask?

Już dawni filozofowie dumali nad tym, czy upływ czasu nie jest tylko złudzeniem. Taki obraz rzeczywistości podbudowała teoria względności, w której niektórzy zaczęli widzieć podstawę tzw. wszechświata blokowego. W tej koncepcji cała czasoprzestrzeń stanowiłaby zwarty obiekt, mieszczący w sobie całą historię wszechrzeczy. Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość kosmosu są trwale zapisane, a mijanie kolejnych chwil to tylko wytwór naszych zmysłów. Rovelli jednak nie zgadza się z takim spojrzeniem na fizykę, w każdym razie nie do końca. Mianowicie, bez względu na to jak potraktujemy sam czas, następujące zmiany nie są iluzją – poddają się bowiem obserwacji i pomiarom. Jednocześnie naukowiec zauważa, że w badaniach wystarczy samo zestawianie ze sobą zmian, bez potrzeby uwzględniania jakiejś nadrzędnej wartości, nazywanej przez nas czasem. Najlepszy przykład takiego podejścia stanowi równanie Wheelera-DeWitta, opisujące wszechświat i nieuwzględniające w ogóle zmiennej czasowej. Jest to dość leciwa teza, lecz dla entuzjastów pętlowej grawitacji kwantowej (w tym samego Rovelliego), stała się drogowskazem na drodze ku nowej teorii wszystkiego.

Prawdę mówiąc Tajemnica czasu podejmuje niewiele więcej wątków niż wyżej wymienione. Właśnie owa mizerna objętość pozostaje jej największym mankamentem. Autor wziął na swe barki potwornie złożony i interesujący temat, mieszcząc swe przemyślenia na zaledwie dwustu niewielkich stronach. Dla porównania, inna pozycja z mojej kolekcji, poświęcona zagadnieniu czasu – Czas odrodzony Lee Smolina – jest prawie dwa razy grubsza. Szkoda, ponieważ Rovelli pisze o nauce z gracją godną mistrzów pióra, pozostawiając daleko z tyłu wielu kolegów zza oceanu. Opisuje wszechświat płynnie lawirując między złożoną fizyką teoretyczną, a filozofią przyrody – traktując obie sfery jako równowartościowych partnerów.

Dlatego Tajemnicę czasu polecam, ale jednocześnie uprzedzam: wasza ciekawość zostanie mocno rozbudzona, ale prawdopodobnie nie zaspokojona.

Info:
Autorzy: Carlo Rovelli;
Przekład: Jeremi Ochab;
Tytuł: Tajemnica czasu;
Tytuł oryginalny: L’ordine del tempo;
Wydawnictwo: Feeria Sceince;
Wydanie: Łódź 2019;
Liczba stron: 206.
Nitghtwish i muzyczny hołd dla Darwina Ekslibris – bibliofilu, oznacz swój księgozbiór! Chodź, oprowadzę Cię po kosmosie – recenzja “Wszechświata w twojej dłoni”