Θεωρίες φυσικής Σημαντικά θέματα

Υπάρχει χρόνος; Ο Carlo Rovelli και η κβαντική απάντηση

Written by Δ.Μ.

Ο χρόνος αντιμετωπίζεται συχνά ως ένα είδος θεμελιώδους ουσίας. Αλλά όσο περισσότεροι επιστήμονες διερευνούν το χρόνο, τόσο περισσότερο η ιδέα του να είναι ουσιαστική ιδιότητα του σύμπαντος αποδεικνύεται ψευδής. Στο τελευταίο του βιβλίο ο Carlo Rovelli εξηγεί πώς δημιουργούμε μια αίσθηση του ρέοντας χρόνου σε έναν κόσμο όπου δεν υπάρχει φυσικά.

Share

Ο χρόνος αντιμετωπίζεται συχνά ως ένα είδος θεμελιώδους ουσίας. Αλλά όσο περισσότεροι επιστήμονες διερευνούν το χρόνο, τόσο περισσότερο η ιδέα του να είναι ουσιαστική ιδιότητα του σύμπαντος αποδεικνύεται ψευδής. Στο τελευταίο του βιβλίο ο Carlo Rovelli εξηγεί πώς δημιουργούμε μια αίσθηση του ρέοντας χρόνου σε έναν κόσμο όπου δεν υπάρχει φυσικά.

does-time-exist-carlo-rovelli

«Αυτή η διάκριση μεταξύ παρελθόντος και μέλλοντος δεν υπάρχει στη βασική γραμματική του κόσμου. Προκύπτει μόνο επειδή έχουμε ένα θολό όραμα της πραγματικότητας. ”

Κάρλο Ροβέλλι

Το τέλος του απόλυτου χρόνου

Οι περισσότεροι από εμάς εξακολουθούν να πιστεύουν ότι ο χρόνος υπάρχει κάπου στο σύμπαν μας, ρέει ομοιόμορφα από το παρελθόν στο μέλλον. Ενώ δεν μπορούμε να τον δούμε, να τον μυρίσουμε, να τον αγγίξουμε ή να το δοκιμάσουμε, γνωρίζουμε ότι ο χρόνος είναι εκεί και περνάει. Η κίνηση των ρολογιών μας το λέει.

Αυτή η φυσική άποψη του χρόνου υπάρχει στον Ισαάκ Νεύτωνα, ο οποίος υποστήριξε ότι ο χρόνος ουσιαστικά υπάρχει. Ο απόλυτος «αληθινός χρόνος» του υπήρχε εξίσου παντού, προχωρώντας προς τη μία κατεύθυνση ως ανεξάρτητη ουσία. Θα συνέχιζε να περνά αδιάκοπα στο υπόβαθρο ακόμα κι αν σταματούσατε να το σκέφτεστε.

Όμως, ενώ είναι χρήσιμο, δεν υπάρχουν ισχυρά επιστημονικά στοιχεία που να δείχνουν ότι αυτή η φυσική άποψη του χρόνου είναι στην πραγματικότητα αληθινή. Μετά από αιώνες συζητήσεων, θεωριών και πειραμάτων, οι φυσικοί εξακολουθούν να μην μπορούν να συμφωνήσουν για το τι είναι ο χρόνος πραγματικά ή αν υπάρχει ακόμη και έξω από το ανθρώπινο μυαλό.

Εντροπία και το βέλος του χρόνου

Στην πραγματικότητα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μόνο έναν φυσικό νόμο που υποδηλώνει ότι ο χρόνος μπορεί να έχει κατεύθυνση – ότι το «παρελθόν» μπορεί να είναι ξεχωριστό και ξεχωριστό από το «μέλλον».

Σχετίζεται με τη δεύτερη αρχή της θερμοδυναμικής, η οποία αναφέρει ότι η θερμότητα μπορεί να ρέει μόνο από το ζεστό προς το κρύο. Αυτός ο νόμος χρησιμοποιείται για να δείξει κάτι που οι επιστήμονες θέλουν να ονομάσουν εντροπία – το μέτρο της αταξίας ή της διαταραχής μέσα σε ένα δεδομένο σύστημα.

Η θερμότητα που “συμπυκνώνεται” σε ένα φλιτζάνι καφέ είναι σε «τάξη», αλλά γίνεται «αταξία» όταν κινείται έξω από αυτό. Η συνέπεια γι’ αυτό είναι ότι η φύση τείνει προς μια μη αναστρέψιμη διαδικασία αποδιοργάνωσης, η εντροπία – ή διαταραχή ή αταξία  – μεγαλώνει πάντα με το χρόνο.

Αλλά η εντροπία είναι από μόνη της προβληματική. Θα υπάρχουν πάντα πιο “άταχτες” καταστάσεις στη φύση από αυτές με τάξη, και αυτό που ορίζουμε ως «τάξη» και «διαταραχή» εξαρτάται από την προοπτική μας. Είμαστε αυτοί που δίνουν νόημα σε αυτό που βλέπουμε, έτσι το μέτρο της εντροπίας μας εξαρτάται από τις μεταβλητές στις οποίες επιλέγουμε να επικεντρωθούμε. Αυτός ο φυσικός νόμος που αποδεικνύει την ύπαρξη κατεύθυνσης στον χρόνο που μεταβάλλεται δεν είναι ελεύθερος από τη δική μας ανθρώπινη προοπτική.

Η κβαντική πρόκληση στο χρόνο

Αυτό το προοπτικό φαινόμενο του χρόνου είναι σύμφωνο με αυτό που έχουν παρατηρήσει οι επιστήμονες σε κβαντικό επίπεδο. Όταν μελετάτε τη συμπεριφορά ή τις μικρότερες φυσικές ποσότητες που υπάρχουν στο σύμπαν, όπως κάνει ο φυσικός Carlo Rovelli, σύντομα θα βρείτε ότι δεν υπάρχουν στοιχεία για το χρόνο.

«Δεν έχουμε ακόμη μια πειστική και συμφωνημένη θεωρία της βαρύτητας, αλλά στις δοκιμαστικές θεωρίες που έχουμε, ο ίδιος ο χρόνος υφίσταται μάλλον κβαντικές διακυμάνσεις. Έτσι, η συνήθης έννοια του χρόνου δεν ισχύει. Ο απλούστερος τρόπος αντιμετώπισης αυτού είναι να ξεχάσετε ουσιαστικά την έννοια του χρόνου και να γράψετε τις βασικές εξισώσεις του σύμπαντος χωρίς χρόνο. “

Αντ ‘αυτού, η κβαντική φυσική υποδηλώνει ότι η αίσθηση ενός διατεταγμένου, ρέοντος χρόνου μπορεί σαφώς να είναι το αποτέλεσμα της ατομικής μας ανθρώπινης προοπτικής.

«Εντελώς αξιοθαύμαστα, εντελώς εκπληκτικά, αλλά στην πραγματικότητα αρκετά σοκαριστικό, η εξαιρετικά εμφανής διάκριση μεταξύ του παρελθόντος και του μέλλοντος είναι πραγματικά στατιστική – οφείλεται στην πραγματικότητα μόνο στη θολή αλληλεπίδραση μας με την πραγματικότητα.

Δεν είναι δυνατόν για εμάς να καταγράψουμε όλες τις κβαντικές διακυμάνσεις που συμβαίνουν σε μια στιγμή, έτσι ώστε η αλληλεπίδρασή μας με τον κόσμο γίνεται μερική. Βλέπουμε μια θολή εκδοχή του. Παίρνουμε πράγματα που αναδύονται σε μικροκλίμακα και τα σκεφτόμαστε με όρους των εννοιών που έχουν νόημα για μας. Έτσι σε έναν κόσμο χωρίς χρόνο, φαίνεται να τον δημιουργούμε – και αυτή η διαδικασία είναι πολύ προσωπική.

the-order-of-time

The Order of Time, του Κάρλο Ροβέλι. Όπως γράφει «Δεν υπάρχει παρελθόν ή μέλλον»

«Μια μεγάλη πτυχή – η βασική πτυχή – του τρόπου με τον οποίο έχουμε αυτήν την αίσθηση του ρέοντας χρόνου, σχετίζεται στην πραγματικότητα με τα συναισθήματά μας. Δεν έχουμε συναισθηματικά ουδέτερη σχέση με το χρόνο. Ο χρόνος περνάει και μας παίρνει τα πράγματα. Μας δίνει ζωή και μας αφαιρεί χρόνο. Υπάρχει λοιπόν ένα μεγάλο συναίσθημα του χρόνου. “

Αυτό όμως αποτελεί τεράστιο πρόβλημα για τη φυσική. Αν το όλο εγχείρημα της επιστήμης είναι να εξηγήσουμε τον κόσμο με τον πιο αντικειμενικό τρόπο, πώς μπορούμε να ανταποκριθούμε σε αυτήν την ιδέα του χρόνου ως μια συναισθηματική κατασκευή;

Στην επιστήμη προσπαθούμε να ξεκαθαρίσουμε από τα συναισθήματα μας – αλλά αν το κάνουμε αυτό, δεν καταλαβαίνουμε τι ώρα είναι. Η κατανόηση του χρόνου, σε μεγάλο βαθμό, γίνεται κατανοώντας τον τρόπο με τον οποίο εργαζόμαστε – του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου και της συνείδησής μας – και γι ‘αυτό το πρόβλημα του χρόνου είναι τόσο συναρπαστικό. “

 

Για τον Κάρλο Ροβέλι

carlorovelliΟ Ιταλός θεωρητικός φυσικός ζει τώρα στην Μασσαλία, όπου από το 2010 κι έπειτα είναι επικεφαλής της ομάδας κβαντικής βαρύτητας βρόγχων στο Centre de physique théorique. Πριν από αυτό εργαζόταν στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ, στις ΗΠΑ, επί μία δεκαετία. 

Κάποια στιγμή δοκίμασε το LSD. Και αποδείχθηκε πως αυτό ήταν το στοιχείο που ξύπνησε το ενδιαφέρον του για την φυσική εν γένει, και συγκεκριμένα για το ζήτημα του χρόνου. “Ήταν μια εξαιρετικά δυνατή εμπειρία που με άγγιξε και διανοητικά” θυμάται. “Μεταξύ των παράξενων φαινομένων ήταν η αίσθηση πως ο χρόνος έχει σταματήσει. Στο μυαλό μου συνέβαιναν πράγματα αλλά το ρολόι δεν προχωρούσε, η ροή του χρόνου δεν κυλούσε πια. Ήταν μια απόλυτη ανατροπή της δομής της πραγματικότητας.” Αναφέρει παραισθήσεις με παραμορφωμένα αντικείμενα, έντονα και εκτυφλωτικά χρώματα, αλλά επίσης θυμάται να αναρωτιέται τι συμβαίνει καθ’ όλη την διάρκεια της εμπειρίας του.

“Και σκέφθηκα: ‘Λοιπόν, πρόκειται για μια ουσία που αλλάζει τα πράγματα στο μυαλό μου. Πως όμως γνωρίζω ότι η συνήθης αντίληψη μου είναι η ορθή, και αυτή είναι λανθασμένη; Αν αυτοί οι δύο τρόποι αντίληψης του κόσμους είναι τόσο διαφορετικοί, τι σημαίνει ότι κάποιος από τους δύο είναι ο σωστός;” Άρχισε να φαντάζεται τον κόσμο, όχι όπως τον έβλεπε καθημερινά, αλλά ως τον ανεξέλεγκτο και κυματοειδή χωροχρόνο που περιέγραφε ο Einstein. Η πραγματικότητα, όπως λέει και ο τίτλος ενός από τα βιβλία του, δεν είναι αυτό που φαίνεται.

Η εργασία του Rovelli ως φυσικού, σε αδρές γραμμές, ασχολείται με το μεγάλο κενό που άφησε αφ’ ενός ο Αϊνστάιν, και αφ’ ετέρου η ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας. Αν η θεωρία της γενικής σχετικότητα περιγράφει έναν κόσμο καμπύλου χωροχρόνου όπου όλα είναι συνεχή, η κβαντική θεωρία περιγράφει έναν κόσμο όπου διακριτές ποσότητες ενέργειας αλληλεπιδρούν. Όπως λέει κι ο ίδιος ο Rovelli, “η κβαντομηχανική δεν μπορεί να ασχοληθεί με την καμπυλότητα του χωροχρόνου, και η γενική σχετικότητα δεν μπορεί να εξηγήσει τα κβάντα”.

Αμφότερες οι θεωρίες είναι επιτυχημένες. Η εμφανής ασυμβατότητα τους όμως αποτελεί ένα άλυτο πρόβλημα και ένας από τους σκοπούς των θεωρητικών φυσικών είναι να αποπειραθούν να κατασκευάσουν ένα θεωρητικό πλαίσιο εντός του οποίου να ισχύουν και οι δύο. Το πεδίο της θεωρίας του βρόγχου του Rovelli, ή αλλιώς κβαντική βαρύτητα βρόγχων, προσφέρει μια πιθανή απάντηση στο πρόβλημα, όπου ο ίδιος ο χωρροχρόνος γίνεται αντιληπτός ως κοκκιώδης, μια λεπτή δομή που αποτελείται από βρόγχους.  

Η θεωρία των χορδών προσφέρει ένα άλλο μονοπάτι προς την επίλυση του προβλήματος. Όταν ερωτάται τι πιστεύει για την πιθανότητα να είναι λάθος η δουλειά του στην κβαντική βαρύτητα βρόγχων, εξηγεί ευγενικά πως το να κάνει κάποιος λάθος δεν είναι το ζήτημα, αλλά το να συμμετέχει στην συζήτηση. Κι εξάλλου “Αν ρωτήσεις ποιος διαθέτει την μακρύτερη και πιο εντυπωσιακή λίστα αποτελεσμάτων, αναμφισβήτητα είναι ο Αϊνστάιν. Αν όμως ρωτήσεις ποιος είναι ο επιστήμονας με τα περισσότερα λάθη, και πάλι είναι ο Αϊνστάιν.”

Κι ο χρόνος τι δουλειά έχει εδω; Όπως κατέδειξε κι ο Αϊνστάιν πριν πολλά χρόνια, ο χρόνος είναι σχετικός. Για παράδειγμα ο χρόνος κυλάει βραδύτερα για ένα αντικείμενο που κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα από κάποιο άλλο.

string_theoryΗ θεωρία των χορδών προσφέρει ένα άλλο μονοπάτι προς την επίλυση του προβλήματος.

Στον σχετικό αυτό κόσμο, ένα απόλυτο “τώρα” είναι κάπως άνευ νοήματος. Ο χρόνος λοιπόν δεν είναι μια ξεχωριστή ποιότητα που κυλαέι γύρω μας αδιατάρακτα. Ο χρόνος, όπως λέει ο Rovelli “μέρος μιας πολύπλοκης γεωμετρίας που είναι συνυφασμένη με την γεωμετρία του χώρου”.

Για τον Rovelli, υπάρχουν κι άλλα θέματα: σύμφωνα με την θεωρία του, ο χρόνος αυτός καθεαυτός εξαφανίζεται στο πιο θεμελιώδες επίπεδο. Οι θεωρίες του μας ζητούν να αποδεχθούμε την έννοια πως ο χρόνος δεν είναι παρά μια λειτουργία της δικής μας “θολής” ανθρώπινης αντίληψης. Βλέπουμε τον κόσμο μέσα από ένα θαμπό γυαλί, παρακολουθούμε το θέατρο σκιών στην σπηλιά του Πλάτωνα. Σύμφωνα με τον Rovelli, η αδιαμφισβήτητη εμπειρία του χρόνου συνδέεται άρρηκτα με τον τρόπο που συμπεριφέρεται η θερμότητα. Στο βιβλίο του The Order of Time, αναρωτιέται γιατί είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε μόνο το παρελθόν και όχι το μέλλον. Το κλειδί, όπως αφήνει να εννοηθεί, είναι η μονοκατευθυντήρια ροή θερμότητας από τα ζεστά αντικείμενα προς εκείνα που είναι πιο κρύα. Ένα παγάκι που πέφτει σε μία ζεστή κούπα καφέ θα ψύξει τον καφέ. Η διαδικασία όμως δεν είναι αναστρέψιμη: πρόκειται για μονόδρομο, όπως αποδεικνύεται από τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. 

Ο χρόνος, όπως τον βιώνουμε, είναι επίσης μονόδρομος. Το εξηγεί μάλιστα σε σχέση με την έννοια της εντροπίας -του μέτρου της αταξίας των πραγμάτων. Η εντροπία στο παρελθόν ήταν χαμηλότερη. Η εντροπία στο μέλλον είναι υψηλότερη, υπάρχει μεγαλύτερη αταξία, καθώς υπάρχουν περισσότερες δυνατότητες. Η τράπουλα του μέλλοντος είναι ανακατεμένη και γι’ αυτό αβέβαιη, σε αντίθεση με την τακτοποιημένη και πιο προβλέψιμη τράπουλα του παρελθόντος. Όμως η εντροπία, η θερμότητα, το παρελθόν και το μέλλον είναι ποιότητες που δεν ανήκουν στην θεμελιώδη γραμματική του κόσμου, αλλά στην δική μας επιφανειακή παρατήρηση του. “Αν παρατηρήσω την κατάσταση των πραγμάτων μικροσκοπικά,” γράφει ο Rovelli, “τότε οι διαφορές μεταξύ παρελθόντος και μέλλοντος εξαφανίζονται…στην στοιχειώδη γραμματική των πραγμάτων δεν υφίσταται διάκριση μεταξύ αίτιου και αιτιατού.”

Ο Rovelli θεωρεί πως δεν υπάρχει αντίφαση μεταξύ μιας άποψης του σύμπαντος όπου η ανθρώπινη ζωή είναι μικρή και άνευ σημασίας, και τις καθημερινές χαρές και οδύνες μας. Ή μεταξύ της “ψυχρής επιστήμης” και τον εσώτερο, πνευματικό βίο μας. “Είμαστε μέρος της φύσης, κι έτσι η χαρά και η λύπη είναι πτυχές της ίδιας της φύσης, η φύση είναι πολύ πιο πλούσια από ένα μάτσο άτομα και μόρια.”

Σε ένα σημείο του Επτά σύντομα μαθήματα  Φυσικής συγκρίνει την φυσική με την ποίηση: και τα δύο προσπαθούν να περιγράψουν το αόρατο. Θα μπορούσε να προσθέσει κανείς πως η φυσική, όταν εγκαταλείπει την μητρική της γλώσσα των μαθηματικών εξισώσεων, βασίζεται κυρίως σε μεταφορές και αναλογίες.

Προκειμένου να γίνουν κατανοητά αυτά θα πρέπει να διαβάσετε τα βιβλία του Rovelli.

Πηγές: Lifo (Guardian) – The Illusion of Time και ένα άρθρο στο Memory

About the author

Δ.Μ.

Share