מאמר זה נכתב על ידיתומס קיצ'ינגמִןUCL, ופורסם במקור על ידיהשיחה.
דמיינו את הזמן רץ לאחור. אנשים יגדלו צעירים יותר במקום מבוגרים, ואחרי חיים ארוכים של התחדשות הדרגתית - כשהם לא למדו את כל מה שהם יודעים - הם יסתיימו כניצוץ בעיני הוריהם. זה הזמן כפי שמיוצג ברומן מאת סופר המדע הבדיוני פיליפ ק.דיקאבל, באופן מפתיע, כיוון הזמן הוא גם נושא שקוסמולוגים מתמודדים איתה.
בעוד שאנו לוקחים כמובן מאליו שלזמן יש כיוון נתון, לפיסיקאים אין: רוב חוקי הטבע הם 'הפיכים בזמן', מה שאומר שהם היו פועלים באותה מידה אם הזמן היה מוגדר כרץ לאחור. אז למה הזמן תמיד מתקדם? והאם זה תמיד יעשה זאת?
האם לזמן יש התחלה?
כל מושג אוניברסלי של זמן חייב להתבסס בסופו של דבר על התפתחות הקוסמוס עצמו. כשאתה מסתכל למעלה אל היקום אתה רואה אירועים שקרו בעבר - לוקח זמן קל להגיע אלינו.
למעשה, אפילו התצפית הפשוטה ביותר יכולה לעזור לנו להבין את הזמן הקוסמולוגי: למשל העובדה שהשמי הלילה חשוכים. אם ליקום היה עבר אינסופי והוא היה אינסופי בהיקף, שמי הלילה היו בהירים לחלוטין - מלאים באור ממספר אינסופי של כוכבים ביקום שתמיד היה קיים.
במשך זמן רב חשבו מדענים, כולל אלברט איינשטיין, שהיקום הוא סטטי ואינסופי.מאז הראו תצפיותשהיא למעשה מתרחבת, ובקצב מואץ. זה אומר שהוא חייב להיות מקורו ממצב קומפקטי יותר שאנו קוראים לו, מה שמרמז שלזמן אכן יש התחלה.
אם נחפש אור ישן מספיק נוכל אפילו לראות את קרינת השרידים מהמפץ הגדול - הרקע מיקרוגל קוסמי. ההבנה שזה היה צעד ראשון בקביעת גיל היקום (ראה להלן).
אבל יש בעיה, תורת היחסות המיוחדת של איינשטיין מראה זאתהזמן הוא … יחסי: ככל שתזוז מהר יותר ביחס אליי כך יעבור לך זמן איטי יותר יחסית לתפיסת הזמן שלי. אז ביקום שלנו של גלקסיות מתרחבות, כוכבים מסתובבים וכוכבי לכת מסתחררים, חוויות הזמן משתנות: העבר, ההווה והעתיד של הכל הם יחסיים.
אז האם יש זמן אוניברסלי שנוכל כֹּל מסכים על?
מסתבר שבגלל שהיקום בממוצע זהה בכל מקום, ובממוצע נראה אותו דבר בכל כיוון, אכן קיים 'זמן קוסמי'. כדי למדוד את זה, כל שעלינו לעשות הוא למדוד את המאפיינים של. קוסמולוגים השתמשו בזה כדי לקבוע את גיל היקום; העידן הקוסמי שלו. מסתבר שהיקום הוא בן 13.799 מיליארד שנים.
חץ הזמן
אז אנחנו יודעים שהזמן כנראה התחיל במהלך המפץ הגדול. אבל נותרה שאלה מטרידה אחת: מה בדיוקהואזְמַן?
כדי לפרק את השאלה הזו, עלינו להסתכל על המאפיינים הבסיסיים של מרחב וזמן. במימד המרחב אפשר לנוע קדימה ואחורה; נוסעים חווים זאת כל יום. אבל הזמן שונה, יש לו כיוון, אתה תמיד מתקדם, אף פעם לא אחורה. אז למה מימד הזמן הוא בלתי הפיך? זוהי אחת הבעיות העיקריות הבלתי פתורות בפיזיקה.
כדי להסביר מדוע הזמן עצמו הוא בלתי הפיך, עלינו למצוא תהליכים בטבע שהם גם בלתי הפיכים. אחד המושגים הבודדים כאלה בפיזיקה (ובחיים!) הוא שדברים נוטים להיות פחות 'מסודרים' ככל שהזמן חולף. אנו מתארים זאת באמצעות אתכונה פיזית הנקראת אנטרופיהשמקודד עד כמה משהו מסודר.
דמיינו קופסת גז שבה כל החלקיקים הונחו בתחילה בפינה אחת (מצב מסודר). עם הזמן הם יבקשו באופן טבעי למלא את כל הקופסה (מצב לא מסודר) - ולהחזיר את החלקיקים למצב מסודר ידרוש אנרגיה. זה בלתי הפיך. זה כמו לפצח ביצה כדי להכין חביתה - ברגע שהיא מתפשטת וממלאת את המחבת, היא לעולם לא תחזור להיות בצורת ביצה. זה אותו דבר עם היקום: ככל שהוא מתפתח, האנטרופיה הכוללת גדלה.
מסתבר שאנטרופיה היא דרך די טובה להסביר את חץ הזמן. ולמרות שזה אולי נראה כאילו היקום נעשה מסודר יותר מאשר פחות - עובר מיים פראי של גז חם פרוס באופן אחיד יחסית בשלביו המוקדמים לכוכבים, כוכבי לכת, בני אדם ומאמרים על זמן - בכל זאת ייתכן שהוא מתגבר בהפרעה.
הסיבה לכך היא שהכבידה הקשורה במסות גדולות עשויה למשוך את החומר למצבים מסודרים לכאורה - כשהעלייה באי-סדר שלדעתנו התרחשה כנראה מוסתרת איכשהו בשדות הכבידה. אז אי-סדר יכול להתגבר למרות שאנחנו לא רואים את זה.
אבל בהתחשב בנטיית הטבע להעדיף אי סדר, מדוע היקום התחיל במצב מסודר כל כך מלכתחילה? זה עדיין נחשב תעלומה. יש חוקרים הטוענים שייתכן שהמפץ הגדול אפילו לא היה ההתחלה, ייתכן שלמעשה יש 'יקומים מקבילים שבהם הזמן רץ בכיוונים שונים.
האם הזמן יסתיים?
לזמן הייתה התחלה אבל אם יהיה לו סוף תלוי באופי שלאנרגיה אפלהזה גורם לו להתרחב בקצב מואץ. קצב ההתרחבות הזה עלול בסופו של דבר לקרוע את היקום, ולאלץ אותו להסתיים ב-Big Rip; לְחִלוּפִיןעלול להתפרק, להפוך את המפץ הגדול ולסיים את היקום במשבר גדול; או שהיקום יכול פשוט להתרחב לנצח.
אבל האם כל אחד מהתרחישים העתידיים האלה יסיים את הזמן? ובכן, על פי הכללים המוזרים של מכניקת הקוונטים, חלקיקים אקראיים זעירים יכולים לצוץ לרגע מתוך ואקום - משהו שרואים כל הזמן בניסויים בפיסיקה של חלקיקים. יש שטענו שאנרגיה אפלה עלולה לגרום ל'תנודות קוונטיות' כאלהמוליד מפץ גדול חדש, לסיים את קו הזמן שלנו ולהתחיל קו חדש.
אמנם זה ספקולטיבי ביותר ומאוד לא סביר, אבל מה שאנחנו כן יודעים זה שרק כשאנחנולהבין אנרגיה אפלההאם נדע את גורל היקום.
אז מהי התוצאה הסבירה ביותר? רק הזמן יגיד.
תומס קיצ'ינג, מרצה לאסטרופיזיקה,UCL.
מאמר זה פורסם במקור על ידיהשיחה. קרא אתמאמר מקורי.
