Ο χρόνος έχει βέλος: φαίνεται να κινείται μόνο προς μία κατεύθυνση. Το μέλλον είναι πάντα άγνωστο για μας, ενώ το παρελθόν παραμένει κλειδωμένο και απρόσιτο.
Παρ’ όλα αυτά, η πλειονότητα των νόμων της φυσικής δεν φαίνεται να ενδιαφέρεται καθόλου για την κατεύθυνση του χρόνου. Οι εξισώσεις που διέπουν τα πάντα – από υποατομικά σωματίδια μέχρι τροχιές πλανητών – δεν μπορούν να διακρίνουν μεταξύ της προχρονικής και της προς τα πίσω κίνησης.
Shape Dynamics – Η προέλευση του βέλους του χρόνου
Από ό,τι φαίνεται, η προέλευση του βέλους του χρόνου είναι συνδεδεμένη με τη δύναμη της βαρύτητας. Μια ομάδα φυσικών, που συνεχώς αυξάνει τα μέλη της, πιστεύει ότι το βέλος αυτό προέρχεται από τη βαρύτητα.
Ωστόσο, για να φτάσουμε εκεί απαιτείται ριζική αναμόρφωση της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η νέα ιδέα ονομάζεται Shape Dynamics και θα μπορούσε να είναι η μελλοντική θεωρία της βαρύτητας.
Η Θεωρία της Εντροπίας
Για περισσότερο από έναν αιώνα, η πλειονότητα των φυσικών πιστεύει ότι το κλειδί για το βέλος του χρόνου βρίσκεται στην έννοια της εντροπίας, που είναι, πολύ χονδρικά, ένα μέτρο της αταξίας ενός συστήματος.
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι σε κλειστά συστήματα, η εντροπία πάντα αυξάνεται, γεγονός που σημαίνει ότι τα συστήματα κινούνται πάντα από την τάξη στην αταξία. Αυτή η θεωρία είναι σε πλήρη συμφωνία με την καθημερινή μας εμπειρία: είναι πολύ πιο δύσκολο να καθαρίσουμε ένα δωμάτιο από το να το κάνουμε ακατάστατο.
Το παράδοξο της Εντροπίας
Αυτή η σύνδεση δημιουργεί ένα ενοχλητικό πρόβλημα. Για να δημιουργήσει η εντροπία ένα βέλος χρόνου, το σύμπαν μας έπρεπε να έχει αρχίσει από μια κατάσταση εξαιρετικά χαμηλής εντροπίας, προσιτότατης τάξης.
Αυτό φαίνεται στους περισσότερους φυσικούς ως μια τεχνητή υπόθεση που δεν ευθυγραμμίζεται με την κατανόηση μας για το χαοτικό Big Bang, τη καλύτερη θεωρία μας σχετικά με την αρχή του σύμπαντος.
Η λύση του Barbour
Το 2014, ο φυσικός Julian Barbour και οι συνεργάτες του πρότειναν μια ενδιαφέρουσα λύση στο φαινομενικό αυτό παράδοξο: τη βαρύτητα.
Μάλιστα, δεν μιλούν για τη βαρύτητα όπως τη γνωρίζουμε μέσω της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας, αλλά αναθεωρούν τις διάσημες εξισώσεις του Αϊνστάιν χρησιμοποιώντας μια άλλη γλώσσα, τη Shape Dynamics.
Αυτή η προσέγγιση εστιάζει στις σχέσεις μεταξύ των αντικείμενων, παρά στο χωροχρονικό συνεχές που τα περιλαμβάνει. Χρησιμοποιώντας αυτό το πλαίσιο, ο Barbour διαπίστωσε ότι αν πάρει κανείς μια τυχαία συλλογή σωματιδίων και τους επιτρέψει να αλληλεπιδρούν μέσω της αμοιβαίας βαρύτητας τους, τότε ένα βέλος χρόνου προκύπτει φυσικά.
Η απλότητα του μοντέλου
Ωστόσο, το μοντέλο του Barbour είναι εξαιρετικά απλοϊκό. Υποθέτει ότι το σύμπαν δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια συλλογή σωματιδίων που αλληλεπιδρούν μόνο μέσω της μοναδικής δύναμης της βαρύτητας. Ο πραγματικός κόσμος είναι πολύ πιο πλούσιος, με πολλά είδη σωματιδίων που αλληλεπιδρούν μέσω των τεσσάρων δυνάμεων της φύσης που γνωρίζουμε σήμερα.
Κριτική και στήριξη
Από την αρχική δημοσίευση του Barbour πριν από μια δεκαετία, η θεωρία του έχει δεχθεί την κριτική της, όπως και υποστήριξη. Οι φυσικοί αναγνωρίζουν ότι η τρέχουσα κατανόηση μας για τη ροή του χρόνου και τη σύνδεση της με την εντροπία είναι πιθανώς ελλιπής, αλλά απαιτείται πολλή δουλειά για να τους πείσει μια εναλλακτική ιδέα όπως αυτή. Η προσέγγιση προς τέτοιες θεωρίες γίνεται με επιφυλακτική περιέργεια: εξετάζεται από διάφορες γωνίες για να διαπιστωθεί αν αντέχει στην αναγκαία προσοχή.
Το πρώτο βήμα είναι να διαπιστωθεί αν η Shape Dynamics είναι έγκυρη θεωρία της φυσικής. Στη επιστήμη, μπορείτε να προτείνετε οποιοδήποτε μαθηματικό πλαίσιο θέλετε, αλλά το πραγματικό ζήτημα είναι να βεβαιωθείτε ότι συμφωνεί με τις παρατηρήσεις του πραγματικού σύμπαντος. Αν και η Shape Dynamics συμφωνεί σε μεγάλο βαθμό με τη Γενική Σχετικότητα, υπάρχουν κάποιες σημαντικές διαφορές που χρειάζονται διερεύνηση.
Η επόμενη πρόκληση είναι να δούμε αν αυτή η υπόθεση μπορεί να επεκταθεί ώστε να περιλαμβάνει έναν πιο ρεαλιστικό πίνακα του σύμπαντος. Πρόσφατα, ερευνητές ανακάλυψαν ότι η γενική έννοια πίσω από τη Shape Dynamics – η φυσική αλληλεπίδραση που οδηγεί φυσικά σε ένα βέλος χρόνου – μπορεί να εφαρμοστεί σε υποατομικές δομές. Άλλοι πέτυχαν να εντοπίσουν συμπεριφορές που θυμίζουν την παραδοσιακή κατανόηση μας για το Big Bang.
PΠαρόλο που η θεωρία είναι δεκαετιών, σχετικά λίγοι ερευνητές παγκοσμίως εργάζονται πάνω της, οπότε δεν πρέπει να περιμένουμε σημαντικές προόδους – προς το παρόν. Ωστόσο, είναι μια συναρπαστική ιδέα: βιώνουμε τη ροή του χρόνου επειδή είναι ένα φυσικό αποτέλεσμα των βασικών νόμων της φυσικής. Αυτό καθιστά την ιδέα της Shape Dynamics άξια περαιτέρω διερεύνησης.