Visi jaučiame priekin bėgantį laiką, bet fizikos rodo, jog tai tėra iliuzija. Visa tai reikia radikaliai permąstyti.
Mokslo tikslas yra paaiškinti visas visatos savybes, nuo Higgso bozono masės iki fakto, kad naktinis dangus kupinas žvaigždžių. Ko gero akivaizdžiausia mūsų visatos savybė yra ta, kad laikas joje keliauja viena kryptimi – pirmyn. Atsimename praeitį, o ne ateitį ir dauguma dalykų mūsų pasaulyje yra negrįžtami, nuo išpiltos stiklinės pieno iki kūdikio gimimo.
Jokios kitos mūsų visatos savybės paaiškinimo nereikia labiau, nei laiko žygiavimas pirmyn, tačiau fizikams ir kosmologams kol kas nepavyko paaiškinti šio pamatinio gamtos fakto. Laikas imtis radikalių priemonių. Laiko kryptingumo paaiškinimui reikia naujo pradžios taško.
Fizikai kalba apie laiko strėles. Viena tokia strėlė matoma šviesoje, ateinančioje iki mūsų nuo tolimų žvaigždžių: visa ji sklinda iš praeities, rodydama mums, kokios žvaigždės buvo praeityje ir nei viena nepasiekia mūsų iš ateities. Tai keista, nes mūsų naudojamos šviesą aprašančios formulės nepasikeistų, jei apsuktume laiko kryptį. Tad, šios lygtys turi du sprendinius: bangos, pernešančios energiją ir informaciją iš praeities ateitin ir bangos, darančios atvirkščiai ir judančios laiku atgal.
Bet, panašu, gamta naudojasi tik pirmuoju sprendiniu. Tai vadinama elektromagnetine laiko strėle. Norėdami tai paaiškinti, elektromagnetizmo teorijai turime iškelti griežtą sąlygą, kuri atmestų daugumą jos sprendinių, palikdama tik sklindančius iš praeities į ateitį. Didžiojo Sprogimo teorijoje tai reiškia nustatymą sąlygos, kad pirmuoju laiko momentu nebuvo laisvai sklindančių šviesos bangų. Bet šiai drastiškai sąlygai reikia paaiškinimo ir kol kas jokio nėra.
Geriausiai žinoma yra termodinaminė laiko strėlė, nusakanti procesų neapgręžiamumą, pavyzdžiui, sudužusį puodelį. Norėdami tai paaiškinti, išradome savybę, didėjančią kaskart nutikus negrįžtamam procesui – entropiją, – kuri, pagal antrąjį termodinamikos dėsnį, gali tik didėti. XIX amžiuje Ludwigas Boltzmannas iškėlė mintį, kad antrasis dėsnis gali būti laikomas pasekme tuomet dar neįrodytos hipotezės, kad materija sudaryta iš atomų. Boltzmannas pasiūlė, kad entropija yra atomų netvarkingumo matas ir jos polinkis didėti kyla iš atsitiktinių procesų tendencijos kurti netvarką, o ne tvarką.
Boltzmanno atomų hipotezė buvo teisinga. Tačiau greitai atsirado kritikų, nurodančių tokiame priežastingume slypintį paradoksą. Atomų judėjimą aprašantys dėsniai apgręžiami laike. Tad, kodėl neapgręžiamas antrasis termodinamikos dėsnis? Labiausiai išlaikanti laiko simetriją antrojo termodinamikos dėsnio forma teigia, kad, jei rasime mažos entropijos sistemą, labiausiai tikėtina, kad entropija ateityje didės ir kad ji buvo aukštesnė praeityje.
Tačiau tai vis vien nepaaiškina, kodėl mūsų visatoje tokia stipri laiko strėlė. Kaip 1979 m. nurodė fizikas Rogeris Penrose'as, vienintelis dalykas, galintis paaiškinti termodinaminę laiko strėlę yra tai, kad pradinių sąlygų visatos entropija buvo labai maža. Bet tai irgi labai mažai tikėtina.
Taigi, ir elektromagnetinei, ir termodinaminei laiko strėlei reikia, kad pradinės visatos sąlygos būtų nepaprastos. Bet kodėl taip yra? Vienintelis būdas paaiškinti mūsų visatos laiko asimetriją yra matematiniai triukai, pasirenkant specialius simetriškų laike dėsnių sprendinius. Tai tas pats, kas visai nepaaiškinti.
Norėčiau pasiūlyti radikaliai kitokį požiūrį. Mano knygoje „Time Reborn“ priimu Penrose'o pasiūlymą, kad iš tiesų fundamentalūs dėsniai yra asimetriški laiko atžvilgiu, tad laiko neapgręžiamas tampa fundamentalia visatos sąlyga. Tada dėsniai, iki šiol laikyti fundamentaliais – bendrasis reliatyvumas, kvantų teorija ir Standartinis modelis – tik aproksimuoja fundamentalesnį asimetrišką laiko atžvilgiu dėsnį, paaiškinantį neįtikėtinas pradines sąlygas.
Šis pasiūlymas implikuoja labai svarbius laiko prigimties klausimus. Vienas didelis klausimas yra, ar laikas fundamentalus ar iliuzija. Daug mano kolegų teoretikų teigia, kad tai iliuzija. Remiantis tokiu požiūriu, yra fundamentalių dėsnių pasiūlymų, kuriuose laikas visai neminimas. Fizikas Julianas Barbouras savo knygoje „The End of Time“ teigia, kad laikas iš fundamentalios teorijos, jungiančios kvantų teoriją su kosmologija, pranyksta visiškai. Aš laikausi priešingo požiūrio, kad laikas yra realus, o tai reiškia, kad praeities ir ateities atskirtis irgi turi būti fundamentali. Vysčiau šį požiūrį bendradarbiaudamas su brazilų filosofu Roberto Mangabeira Ungeru.
Tai gali skambėti juokingai, bet idėja, jog laikas realus, reikalauja radikalaus atsiskyrimo nuo standartinės fizikos paradigmos. Taip yra dėl 400 metų fizikų vystytos gamtos koncepcijos nuvertinti laiką ir galiausiai pašalinti jį iš fundamentalių gamtos aspektų. Nuo pat René Descarteso eros XVII a., laikas buvo rodomas taip, lyg jis būtų erdvės matmuo. To požiūrio kulminacija buvo bendrosios reliatyvumo teorijos „blokinės visatos“ koncepcija, kur dabartis neturi prasmės – viskas, kas egzistuoja, yra visa visatos istorija iš karto, be laiko. Kai fizikos dėsniai pateikiami matematiškai, priežastiniai procesai, rodantys laiko veikimą, aiškinami belaikiais loginiais ryšiais.
Bet tikra visata turi savybes, kurių neatstovauja joks matematinio objekto faktas. Vienas iš jų yra tas, kad dabartinis momentas yra visada. Matematiniai objektai, būdami belaikiai, neturi dabarties, ateities ar praeities. Tačiau, jei priimsime laiko realumą ir matysime matematinius dėsnius kaip įrankius, o ne kažkokius stebuklingus gamtos veidrodžius, paaiškės kiti užsispyrusiai nepaaiškinami pasaulio faktai, pavyzdžiui, patys dėsniai. Jei dėsniai tiesiog yra teisingi, belaikiai, tada mokslas niekaip negali paaiškinti, kodėl tam tikras mūsų stebimas dėsnių rinkinys yra tikrasis. Bet jei laikas realus, dėsniai gali vystytis ir vystymosi proceso hipotezės tampa patikrinamos, tad pateikia bazę moksliniam dėsnių teisingumo paaiškinimui.
Ar gali pavykti apversti įprastą idėją, pagal kurią negrįžtami reiškiniai kyla iš grįžtamų dėsnių? Vykdydami tyrimą, kartu su kosmologe Marina Cortês iš Edinburgo universiteto sukūrėme paprastus modelius sistemų, valdomų negrįžtamų dėsnių, ir iš to kylančiu daugmaž simetrišku laiko atžvilgiu elgesiu. Gal šie modeliai ir paprasti, tačiau tai yra pirmas žingsnis vystant naują požiūrį į laiko strėles.
Idėja, kad gamta sudaryta iš nekintamų savybių atomų, judančių nekintamoje erdvėje pagal belaikius dėsnius, remia metafizinį požiūrį, kuriame laiko nėra arba jis sumenkinamas. Šis požiūris šimtmečius buvo mokslo progreso pagrindas, tačiau jo nauda fundamentaliajai fizikai ir kosmologijai baigėsi dėl jos negebėjimo atsakyti į esminius klausimus, tokius, kaip kas parinko gamtos dėsnius ar kodėl visata tokia asimetriška laiko atžvilgiu. Kai kas supainiojo rėmimąsi belaikiais dėsniais su pačiu mokslu, tačiau tai neteisinga.
Nauja mokslinė pasaulėžiūra kyla iš principo, kad laikas realus, dėsniai vystosi ir negrįžtamumas yra fundamentalus. Jau aišku, kad šis požiūris gali paaiškinti – eksperimentiškai patikrinamais būdais – pagrindinius faktus apie mūsų visatą, kurie kitu atveju atrodo nepaaiškinami.
Lee Smolinas
-- Lee Smolinas yra fizikos teoretikas Perimeter institute Waterloo, Kanadoje, besigilinantis į kvantinę gravitaciją. Jo naujausia knyga – „Time reborn: From the crisis in physics to the future of the universe“.
„New Scientist“, № 2913
