Se for deg at tiden løper bakover. Mennesker vil bli yngre, ikke eldre, og etter et langt liv i gradvis foryngelse - glemme alt de vet - dør de som babyer. Vi observerte en lignende passering av tiden i helten i romanen av Francis Fitzgerald "The Mysterious Story of Benjamin Button". Men overraskende nok er tidsretningen også et problem som kosmologene står overfor.
Så hvorfor går tiden alltid fremover? Vil det alltid være slik?
Har tiden en begynnelse?
Ethvert universelt tidsbegrep må til syvende og sist være basert på utviklingen av selve kosmos. Når du ser på universet, ser du hendelser som skjedde i fortiden - det tar tid før stjernenes lys når oss. Selv den enkleste observasjonen kan faktisk hjelpe oss med å forstå den kosmologiske tiden: for eksempel det faktum at nattehimmelen er mørk. Hvis universet hadde en uendelig fortid og var uendelig i omfang, ville nattehimmelen være helt lys - fylt med lyset fra et uendelig antall stjerner i verdensrommet, som alltid har eksistert.
I lang tid trodde forskere, inkludert Albert Einstein, at universet var statisk og uendelig. Observasjoner siden den gang har vist at det faktisk utvides og akselererer. Dette betyr at det må komme fra en mer kompakt tilstand, som vi kaller Big Bang, og antyder at tiden har en begynnelse. Faktisk, hvis vi leter etter lys nok gamle, kan vi til og med se reliktstrålingen fra Big Bang - den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Denne erkjennelsen var det første trinnet i å bestemme universets alder.
Men det er en fangst, Einsteins spesielle relativitetsteori viser at tiden er relativ: jo raskere du beveger deg relativt til vennen din, jo tregere tid vil være for deg i forhold til hans oppfatning av tid. I vårt univers med ekspanderende galakser, revolverende stjerner og roterende planeter endrer tidenes opplevelse seg: all fortid, nåtid og fremtid er relativt.
Er det en universell tid?
Salgsfremmende video:
Det viser seg at siden universet i gjennomsnitt er det samme overalt og i gjennomsnitt ser det samme i alle retninger, er det "kosmisk tid." For å måle det, alt vi trenger å gjøre er å måle egenskapene til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Kosmologer har brukt dette for å bestemme universets alder; hans romalder. Det viser seg at universet er 13.799 milliarder år gammelt.
Arrow of time
Så vi vet at tiden mest sannsynlig begynte under Big Bang. Men ett spørsmål gjenstår: hva er tiden?
For å finne svaret, må vi se på de grunnleggende egenskapene til rom og tid. I dimensjonen av rommet kan du bevege deg frem og tilbake; passasjerer opplever dette hver dag. Men tiden er annerledes, den har en retning, du går alltid fremover, og ikke omvendt. Så hvorfor er målingen av tid irreversibel? Dette er et av de viktigste uløste problemene i fysikk.
For å forklare hvorfor tiden i seg selv er irreversibel, må vi finne prosesser i naturen som også er irreversible. Et av få slike konsepter i fysikk (og livet!) Er at ting blir mindre "pene" etter hvert. Vi beskriver dette ved hjelp av en fysisk egenskap som kalles entropi, som står for noe som er bestilt.
Se for deg en boks med gass der alle partiklene opprinnelig ble plassert i det ene hjørnet (en ordnet tilstand). Over tid vil de naturlig ha en tendens til å fylle hele boksen (forstyrret tilstand), og det tar energi å returnere partiklene til en ordnet tilstand. Det er irreversibelt. Det er som å knekke et egg for å lage en omelett - når det først brytes ned og fyller kjelen, vender det aldri tilbake til eggformen. Det er det samme med universet: når det utvikler seg, øker den totale entropien.
Det viser seg at entropi er en ganske god måte å forklare tidens pil på. Og selv om universet kan se ut til å bli mer ryddig, ikke mindre - å flytte fra et vilt hav med relativt jevnt fordelt varm gass i sine tidlige stadier til stjerner, planeter, mennesker og artikler til tiden - er det fortsatt mulig at det vokser i uorden. Dette er fordi tyngdekraften, assosiert med store masser, kan trekke saken inn i tilsynelatende ordnede tilstander - med den økende forstyrrelsen som vi mener burde ha funnet sted, er på en måte skjult i gravitasjonsfelt. Så lidelsen kan vokse selv om vi ikke ser den.
Men gitt naturens tendens til å favorisere uorden, hvorfor begynte universet i en så ordnet tilstand? Dette anses fortsatt som et mysterium. Noen forskere hevder at Big Bang kanskje ikke en gang har vært begynnelsen, faktisk kan det være "parallelle universer" der tiden flyter i forskjellige retninger.
Vil tiden gå ut?
Tiden hadde begynnelse, men hvorvidt den får slutt, avhenger av arten av den mørke energien som får den til å utvide med en akselererende hastighet. Hastigheten til denne utvidelsen kan til slutt rive universet fra hverandre og tvinge den til å ende i Great Rip; alternativt kan mørk energi forfalle, reversere Big Bang og avslutte universet i en Big Compression; eller universet kan bare utvide seg for alltid.
Men vil noen av disse fremtidsscenariene ende i tide? I følge de kvante mekanismens rare regler kan ørsmå tilfeldige partikler øyeblikk falle ut av vakuumet - noe som konstant observeres i partikkelfysikkeksperimenter. Noen hevder at mørk energi kan forårsake slike "kvantesvingninger", skape en ny Big Bang, avslutte tidslinjen vår og starte en ny. Selv om dette er ekstremt spekulativt og høyst usannsynlig, vet vi at bare når vi forstår mørk energi, vil vi kjenne universets skjebne.
Så hva er det mest sannsynlige utfallet? Tiden vil vise.
