Έχουμε μόλις καβατζάρει τα Χριστούγεννα, μάλλον επιτυχώς, και οδεύουμε ακάθεκτοι προς το άλλο μεγάλο landmark της περιόδου, που είναι η αλλαγή του Χρόνου. Πάλι ευχές επί των ευχών, αναμονές και προσδοκίες επί των προσδοκιών, κι όλα αυτά στο βρόντο, μιας και η διάσχιση της νύχτας της 31 του Δεκέμβρη, προς το ξημέρωμα της πρώτης του Γενάρη δεν χρειάζεται να περάσει από κάποιο φυσικό εμπόδιο ή σύνορο, ούτε εκείνο το κομβικό δευτερόλεπτο της 12ης ώρας είναι ενδεδυμένο με κάποια μαγική ιδιότητα που να σηματοδοτεί ένα τέλος και ταυτόχρονα μια αρχή. Το παλούκι που στήνουμε σ’ αυτό το μοναδικό δευτερόλεπτο είναι για τη δική μας βολή μόνο και δεν έχει να κάνει με τις βουλές και τις ιδιότητες του χρόνου, που το προσπερνάει παγερά αδιάφορος. Ο χρόνος, αγαπητοί μου, περνάει απρόσκοπτα και ρέει χωρίς ασυνέχειες, πάντοτε προς μια και μόνη κατεύθυνση, αυτή του μέλλοντος.
Είναι όμως έτσι; Ρέει ο χρόνος πάντα προς μια κατεύθυνση; Και επί πλέον, είναι ο χρόνος συνεχής, όπως μάθαμε να τον αντιλαμβανόμαστε μαζί με το αδελφάκι του το χώρο;
Από την εμπειρία μας και μόνο, δεν χωράει αμφιβολία ότι ο χρόνος πάει προς μια και μοναδική κατεύθυνση, γι αυτό άλλωστε υπάρχει παρελθόν και μέλλον, και γι αυτό άλλωστε δεν μπορούμε να θυμηθούμε το μέλλον.
Την ίδια στιγμή πάλι, η εμπειρία μας μάς υπαγορεύει ότι δεν μπορεί να υπάρξει αποτέλεσμα χωρίς να προηγηθεί μια αιτία, και ότι εξ αιτίας αυτής της αιτιότητας, ο χρόνος δεν μπορεί παρά να πηγαίνει μονόδρομα προς το μέλλον.
Η Θερμοδυναμική επίσης, η οποία και ασχολείται με μακροσκοπικά συστήματα μόνο, μάς δίνει μια εξήγηση σύμφωνα με την οποία, ο χρόνος κατευθύνεται προς τα κει όπου αυξάνει η εντροπία, για όσο χρόνο το σύστημα βρίσκεται εκτός ισορροπίας και όσο πασχίζει να τη βρει για να ηρεμήσει. Πρόκειται για το επονομαζόμενο «θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου», παρ’ ότι πουθενά στον ορισμό της εντροπίας, που είναι στατιστικό μέγεθος, δεν υπεισέρχεται ρητά ο χρόνος. Εντροπία είναι ένα μέτρο της αταξίας. Μεγαλώνει με την αταξία, μικραίνει με την τάξη. Για να δώσουμε ένα παράδειγμα, μια σχολική τάξη με τους μαθητές στοιχημένους στα θρανία τους, με τον ένα πίσω από τον άλλον, είναι μια τάξη μικρής εντροπίας και ως εκ τούτου μικρού ενδιαφέροντος και πληροφοριακού περιεχομένου. Μια τάξη όμως, «υπερθερμασμένη», με τους μαθητές της σε μπουλούκι, φέρει μεγαλύτερη εντροπία, μεγαλύτερο πληροφοριακό περιεχόμενο και συνεπώς μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Και τούτο, διότι για να την περιγράψεις θα χρειαστεί να εξετάσεις και να προσδιορίσεις τη θέση καθενός μαθητή χωριστά, ενώ αν είναι στοιχημένοι, όπως για παράδειγμα τα άτομα σε έναν κρύσταλλο, το μόνο που χρειάζεται είναι μια κατάλληλη περιοδική συνάρτηση. Πανεύκολο και συνάμα ανιαρό!
Παρ’ όλο λοιπόν που στη Φύση, και σε μακροσκοπικό επίπεδο, ο χρόνος χαρακτηρίζεται από ασυμμετρία, στα μικροσκοπικά φαινόμενα η ασυμμετρία αυτή εξαφανίζεται, καθ’ ότι όλες σχεδόν οι εξισώσεις της φυσικής που τα περιγράφουν είναι εντελώς αντιστρεπτές στο χρόνο. Πώς μπορεί λοιπόν να εξηγηθεί αυτή η διαφωνία και ασυμβατότητα; Πώς από την συμμετρία στο μικροσκοπικό επίπεδο περνάμε στην ασυμμετρία του χρόνου στο μακροσκοπικό; Οι πιθανές απαντήσεις στο ερώτημα αυτό, βρίσκονται εκτός του παρόντος κειμένου και φαίνεται να σχετίζονται με τις αρχικές συνθήκες του σύμπαντος κατά τη Μεγάλη Έκρηξη, και συγκεκριμένα με την πολύ χαμηλή του εντροπία. Πώς έγινε όμως και το σύμπαν βρέθηκε σε μια τόσο ελάχιστα πιθανή κατάσταση; Άγνωστο προς το παρόν.
Το θέμα Χρόνος, ακόμα κι έτσι, κάθε άλλο παρά λυμένο είναι από τους φυσικούς. Και η αναγκαιότητα επαναδιατύπωσης και επαναδιαπραγμάτευσης της φύσης του προκύπτει από την προσπάθεια των τελευταίων δεκαετιών για την σύνθεση μιας τελικής θεωρίας που θα μπορεί να περιγράφει με τρόπο ενιαίο τόσο τη βαρύτητα όσο και την κβαντική φυσική. Φιλόδοξο στ’ αλήθεια σχέδιο, τη διεκπεραίωση του οποίου έχουν αναλάβει για δεκαετίες, όχι χωρίς προβλήματα, οι δημοφιλείς και ποικίλες θεωρίες των χορδών.
Πριν απ’ αυτούς όμως ήταν ο Einstein, ο οποίος είχε βάλει το χρόνο, στο ίδιο τσουβάλι με το χώρο και τη βαρύτητα. Ο χρόνος, σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δεν ρέει ομοιόμορφα για όλους αλλά εξαρτάται από το βαρυτικό πεδίο στο οποίο βρίσκονται και το οποίο, ως γνωστόν επηρεάζει και διαμορφώνει το χώρο. Διευκρινιστικά, το βαρυτικό πεδίο αποτελεί γέννημα και θρέμμα της μάζας. Για παράδειγμα, ο χρόνος ρέει με γρηγορότερο ρυθμό, δηλαδή γερνάει κανείς πιο νωρίς, όταν το βαρυτικό πεδίο μέσα στο οποίο βρίσκεται είναι ασθενέστερο. Για το λόγο αυτό, καλό είναι να μην προτιμάμε τα ψηλά πατώματα, αλλά τα ισόγεια. Άσε και που τα ψηλότερα πατώματα είναι και πιο ακριβά!
Αν θέλουμε, όπως είδαμε παραπάνω, να ενοποιήσουμε τη βαρύτητα με την κβαντική φυσική για να κατασκευάσουμε μια ενοποιημένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, θα πρέπει να κάνουμε κάτι δραστικό με το χρόνο, ο οποίος, υπεισέρχεται μεν στη θεωρία της βαρύτητας, από την άλλη μεριά, όμως, δεν παίζει κανένα ρόλο στην κβαντική φυσική, δηλαδή, στον μικρόκοσμο των ατόμων και των στοιχειωδών σωματίων. Στον κόσμο αυτό ο χρόνος δεν είναι παρατηρήσιμο μέγεθος, όπως η ενέργεια, η θέση, η ορμή, το spin και η στροφορμή. Ούτε μπορούμε να θέσουμε ερωτήσεις του στιλ: πόσο χρόνο έμεινε σ’ αυτή τη θέση το τάδε σωμάτιο;
Είναι όμως έτσι; Ρέει ο χρόνος πάντα προς μια κατεύθυνση; Και επί πλέον, είναι ο χρόνος συνεχής, όπως μάθαμε να τον αντιλαμβανόμαστε μαζί με το αδελφάκι του το χώρο;
Από την εμπειρία μας και μόνο, δεν χωράει αμφιβολία ότι ο χρόνος πάει προς μια και μοναδική κατεύθυνση, γι αυτό άλλωστε υπάρχει παρελθόν και μέλλον, και γι αυτό άλλωστε δεν μπορούμε να θυμηθούμε το μέλλον.
Την ίδια στιγμή πάλι, η εμπειρία μας μάς υπαγορεύει ότι δεν μπορεί να υπάρξει αποτέλεσμα χωρίς να προηγηθεί μια αιτία, και ότι εξ αιτίας αυτής της αιτιότητας, ο χρόνος δεν μπορεί παρά να πηγαίνει μονόδρομα προς το μέλλον.
Η Θερμοδυναμική επίσης, η οποία και ασχολείται με μακροσκοπικά συστήματα μόνο, μάς δίνει μια εξήγηση σύμφωνα με την οποία, ο χρόνος κατευθύνεται προς τα κει όπου αυξάνει η εντροπία, για όσο χρόνο το σύστημα βρίσκεται εκτός ισορροπίας και όσο πασχίζει να τη βρει για να ηρεμήσει. Πρόκειται για το επονομαζόμενο «θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου», παρ’ ότι πουθενά στον ορισμό της εντροπίας, που είναι στατιστικό μέγεθος, δεν υπεισέρχεται ρητά ο χρόνος. Εντροπία είναι ένα μέτρο της αταξίας. Μεγαλώνει με την αταξία, μικραίνει με την τάξη. Για να δώσουμε ένα παράδειγμα, μια σχολική τάξη με τους μαθητές στοιχημένους στα θρανία τους, με τον ένα πίσω από τον άλλον, είναι μια τάξη μικρής εντροπίας και ως εκ τούτου μικρού ενδιαφέροντος και πληροφοριακού περιεχομένου. Μια τάξη όμως, «υπερθερμασμένη», με τους μαθητές της σε μπουλούκι, φέρει μεγαλύτερη εντροπία, μεγαλύτερο πληροφοριακό περιεχόμενο και συνεπώς μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Και τούτο, διότι για να την περιγράψεις θα χρειαστεί να εξετάσεις και να προσδιορίσεις τη θέση καθενός μαθητή χωριστά, ενώ αν είναι στοιχημένοι, όπως για παράδειγμα τα άτομα σε έναν κρύσταλλο, το μόνο που χρειάζεται είναι μια κατάλληλη περιοδική συνάρτηση. Πανεύκολο και συνάμα ανιαρό!
Παρ’ όλο λοιπόν που στη Φύση, και σε μακροσκοπικό επίπεδο, ο χρόνος χαρακτηρίζεται από ασυμμετρία, στα μικροσκοπικά φαινόμενα η ασυμμετρία αυτή εξαφανίζεται, καθ’ ότι όλες σχεδόν οι εξισώσεις της φυσικής που τα περιγράφουν είναι εντελώς αντιστρεπτές στο χρόνο. Πώς μπορεί λοιπόν να εξηγηθεί αυτή η διαφωνία και ασυμβατότητα; Πώς από την συμμετρία στο μικροσκοπικό επίπεδο περνάμε στην ασυμμετρία του χρόνου στο μακροσκοπικό; Οι πιθανές απαντήσεις στο ερώτημα αυτό, βρίσκονται εκτός του παρόντος κειμένου και φαίνεται να σχετίζονται με τις αρχικές συνθήκες του σύμπαντος κατά τη Μεγάλη Έκρηξη, και συγκεκριμένα με την πολύ χαμηλή του εντροπία. Πώς έγινε όμως και το σύμπαν βρέθηκε σε μια τόσο ελάχιστα πιθανή κατάσταση; Άγνωστο προς το παρόν.
Το θέμα Χρόνος, ακόμα κι έτσι, κάθε άλλο παρά λυμένο είναι από τους φυσικούς. Και η αναγκαιότητα επαναδιατύπωσης και επαναδιαπραγμάτευσης της φύσης του προκύπτει από την προσπάθεια των τελευταίων δεκαετιών για την σύνθεση μιας τελικής θεωρίας που θα μπορεί να περιγράφει με τρόπο ενιαίο τόσο τη βαρύτητα όσο και την κβαντική φυσική. Φιλόδοξο στ’ αλήθεια σχέδιο, τη διεκπεραίωση του οποίου έχουν αναλάβει για δεκαετίες, όχι χωρίς προβλήματα, οι δημοφιλείς και ποικίλες θεωρίες των χορδών.
Πριν απ’ αυτούς όμως ήταν ο Einstein, ο οποίος είχε βάλει το χρόνο, στο ίδιο τσουβάλι με το χώρο και τη βαρύτητα. Ο χρόνος, σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δεν ρέει ομοιόμορφα για όλους αλλά εξαρτάται από το βαρυτικό πεδίο στο οποίο βρίσκονται και το οποίο, ως γνωστόν επηρεάζει και διαμορφώνει το χώρο. Διευκρινιστικά, το βαρυτικό πεδίο αποτελεί γέννημα και θρέμμα της μάζας. Για παράδειγμα, ο χρόνος ρέει με γρηγορότερο ρυθμό, δηλαδή γερνάει κανείς πιο νωρίς, όταν το βαρυτικό πεδίο μέσα στο οποίο βρίσκεται είναι ασθενέστερο. Για το λόγο αυτό, καλό είναι να μην προτιμάμε τα ψηλά πατώματα, αλλά τα ισόγεια. Άσε και που τα ψηλότερα πατώματα είναι και πιο ακριβά!
Αν θέλουμε, όπως είδαμε παραπάνω, να ενοποιήσουμε τη βαρύτητα με την κβαντική φυσική για να κατασκευάσουμε μια ενοποιημένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, θα πρέπει να κάνουμε κάτι δραστικό με το χρόνο, ο οποίος, υπεισέρχεται μεν στη θεωρία της βαρύτητας, από την άλλη μεριά, όμως, δεν παίζει κανένα ρόλο στην κβαντική φυσική, δηλαδή, στον μικρόκοσμο των ατόμων και των στοιχειωδών σωματίων. Στον κόσμο αυτό ο χρόνος δεν είναι παρατηρήσιμο μέγεθος, όπως η ενέργεια, η θέση, η ορμή, το spin και η στροφορμή. Ούτε μπορούμε να θέσουμε ερωτήσεις του στιλ: πόσο χρόνο έμεινε σ’ αυτή τη θέση το τάδε σωμάτιο;
Τι κάνουμε λοιπόν με το χρόνο; Αποτελεί συστατικό στοιχείο της φύσης, ή παράγωγο και μόνο της ανθρώπινης εμπειρίας και του τρόπου με τον οποίο είναι δομημένος ο εγκέφαλος, με τη φύση ουδόλως να ενδιαφέρεται να τον συμπεριλάβει στο πρόγραμμά της;
Εδώ μάλλον, η επιστήμη σηκώνει τα χέρια ψηλά. Κάποιοι ισχυρίζονται ότι η πολυπόθητη ενοποίηση των δυνάμεων θα επιτευχθεί μόνο αν αφήσουμε το χρόνο έξω από τις εξισώσεις. Ενώ, άλλοι, όπως ο Lee Smolin, είναι πεπεισμένοι ότι ο χρόνος όχι μόνον υπάρχει, αλλά και ότι είναι αναγκαίος, διότι πώς αλλιώς θα μπορούσε να εξηγηθεί η γέννηση της μάζας, η εξέλιξη του σύμπαντος, η ανάδυση των θεμελιωδών τεσσάρων δυνάμεων από μια ενοποιημένη σουπερ-δύναμη, αλλά και η εξέλιξη των φυσικών νόμων, τους οποίους θεωρεί ότι δεν παραμένουν στατικοί με το χρόνο;
Στην πραγματικότητα ο Einstein οραματίστηκε τον χώρο μπλεγμένο μεν με τον χρόνο, αλλά σαν συνεχείς και όχι διακριτές ποσότητες. Κανείς όμως δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι η υφή του χωροχρόνου στο σύμπαν θα παραμένει αμετάβλητη και στον μικρόκοσμο, στο κβαντικό, δηλαδή, επίπεδο. Έτσι, το πεδίο παραμένει ανοιχτό για διάφορες ενοράσεις και καινούργιες μαθηματικές προσεγγίσεις του χωροχρόνου, στο βαθμό που οι θεωρίες των χορδών, που αντιμετωπίζουν τον χώρο και το χρόνο με την κλασσική του διάσταση της συνέχειας, αφήνουν πολλά ερωτήματα αναπάντητα.
Ένα από τα επόμενα βήματα ήταν να προχωρήσουν στη διακριτοποιηση του χωρόχρονου, μιας και η κβαντική φυσική χαρακτηρίζεται για τη διακριτότητά της και όχι για τη συνέχεια στις τιμών μεγεθών όπως η ενέργεια και ορμή. Ενώ, μια άλλη προσέγγιση ήταν να αγνοήσουν πλήρως την ύπαρξη χώρου και χρόνου στις πολύ μικρές διαστάσεις.
Παρά ταύτα, τίποτε δεν είναι ακόμα τελεσίδικο και η αληθινή φύση του χρόνου συνεχίζει να μας διαφεύγει. Το πιο σίγουρο όμως απ’ όλα είναι ο χρόνος όπως εμείς τον αντιλαμβανόμαστε, δηλαδή ο δικός μας χρόνος!
Εδώ μάλλον, η επιστήμη σηκώνει τα χέρια ψηλά. Κάποιοι ισχυρίζονται ότι η πολυπόθητη ενοποίηση των δυνάμεων θα επιτευχθεί μόνο αν αφήσουμε το χρόνο έξω από τις εξισώσεις. Ενώ, άλλοι, όπως ο Lee Smolin, είναι πεπεισμένοι ότι ο χρόνος όχι μόνον υπάρχει, αλλά και ότι είναι αναγκαίος, διότι πώς αλλιώς θα μπορούσε να εξηγηθεί η γέννηση της μάζας, η εξέλιξη του σύμπαντος, η ανάδυση των θεμελιωδών τεσσάρων δυνάμεων από μια ενοποιημένη σουπερ-δύναμη, αλλά και η εξέλιξη των φυσικών νόμων, τους οποίους θεωρεί ότι δεν παραμένουν στατικοί με το χρόνο;
Στην πραγματικότητα ο Einstein οραματίστηκε τον χώρο μπλεγμένο μεν με τον χρόνο, αλλά σαν συνεχείς και όχι διακριτές ποσότητες. Κανείς όμως δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι η υφή του χωροχρόνου στο σύμπαν θα παραμένει αμετάβλητη και στον μικρόκοσμο, στο κβαντικό, δηλαδή, επίπεδο. Έτσι, το πεδίο παραμένει ανοιχτό για διάφορες ενοράσεις και καινούργιες μαθηματικές προσεγγίσεις του χωροχρόνου, στο βαθμό που οι θεωρίες των χορδών, που αντιμετωπίζουν τον χώρο και το χρόνο με την κλασσική του διάσταση της συνέχειας, αφήνουν πολλά ερωτήματα αναπάντητα.
Ένα από τα επόμενα βήματα ήταν να προχωρήσουν στη διακριτοποιηση του χωρόχρονου, μιας και η κβαντική φυσική χαρακτηρίζεται για τη διακριτότητά της και όχι για τη συνέχεια στις τιμών μεγεθών όπως η ενέργεια και ορμή. Ενώ, μια άλλη προσέγγιση ήταν να αγνοήσουν πλήρως την ύπαρξη χώρου και χρόνου στις πολύ μικρές διαστάσεις.
Παρά ταύτα, τίποτε δεν είναι ακόμα τελεσίδικο και η αληθινή φύση του χρόνου συνεχίζει να μας διαφεύγει. Το πιο σίγουρο όμως απ’ όλα είναι ο χρόνος όπως εμείς τον αντιλαμβανόμαστε, δηλαδή ο δικός μας χρόνος!
Αναρτήσεις
.jpeg)
