Timpul este unul din conceptele fundamentale ale fizicii si filosofiei. Este o masura a duratei evenimentelor si are diferite întelesuri în functie de contextul în care este definit. În fizica, timpul este o dimensiune a naturii si poate fi vazuta ca o masura a schimbarii. În acceptia fizicii clasice, timpul este un continuu. Fizica moderna (mai precis, teoria mecanicii cuantice) disputa însa aceasta calitate, sugerând ca ar exista doar continuu spatiu-timp. În filosofie, timpul este definit ca un flux neîntrerupt, ireversibil, care nu poate curge decât într-o singura directie. Este deci un continuu în care evenimentele se succed de la trecut, prin prezent spre viitor si în cadrul caruia se desfasoara toate procesele din natura. Definirea cu exactitate a timpului este o sarcina dificila, atât în filozofie cât si în stiinta. Timpul este o notiune primara (care nu se defineste, ci este perceputa prin simturi; ) si corelata cu cea de eveniment. Perceptia umana sesizeaza ordinea în timp a evenimentelor.
Standardele de timp sunt reguli prin care unui moment de timp i se asociază o notatie de tip „dată si oră”. Există:
- timpul terestru (TT), timpul perceput de un observator aflat pe suprafața geoidului terestru. Este succesorul timpului efemeridelor, definit însă corect în cadrul teoriei relativității.
- Geocentric Coordinate Time (TCG)
- Barycentric Coordinate Time (TCB)
- timpul atomic internațional (TAI), materializarea timpului terestru (TT) realizată prin corelarea unor ceasuri atomice
- timpul universal coordonat
(UTC), definit pe baza TAI, dar cu o regrupare diferită a secundelor în
minute pentru a-l menține în sincronism cu rotația Pământului.
Relativitatea
Teoria
Relativitatii apartine fizicianului Albert Einstein. La inceput a
existat sub forma a 2 teorii: Teoria Speciala a Relativitatii a aparut
in 1905 si afirma ca viteza de “curgere” a timpului nu este aceeasi
in tot Universul – depinde de observator (adica e relativa). Unii
oameni percep “curgerea” timpului altfel decat alti oameni. De exemplu,
pe masura ce imbatranim, procesam mai putine informatii pe secunda
despre mediul inconjurator, de aceea percepem trecerea timpului ca fiind
mai rapida.
Dar teoria lui Einstein merge si mai departe. Relativitatea timpului nu e cauzata de varsta noastra, e cauzata de viteza miscarii prin spatiu. Cu
cat mergem mai repede prin spatiu, cu atat mai incet ne deplasam prin
timp. Teoria relativitatii ne cere sa vedem spatiul si timpul, nu ca
entitati separate, ci sub forma unui concept numit spatiu-timp. Timpul devine cea de a 4 dimensiune ce se adauga la celelalte 3 dimensiuni ale spatiului cu care suntem obisnuiti (inaltime, latime si lungime). Aceasta reprezentare a timpului este cruciala pentru intelegerea celorlalte teorii despre natura timpului,
Oamenii
poseda o retina bidimensionala, ceea ce inseamna ca vedem doar in 2
dimensiuni. Perceperea celei de a 3-a dimensiuni e rezultatul
perspectivei si a vederii noastre binoculare. Daca am fi avut retine
tridimensionale, am fi fost capabili sa percepem simultan toate laturile
unei camere – peretii, podeaua si tavanul in acelasi timp!
Din acest motiv e foarte greu, daca nu chiar imposibil, pentru un om sa vizualizeze cea de a 4-a dimensiune.
Pentru
a depasi aceasta piedica, este bine sa folosim analogii, ce contin un
numar mic de dimensiuni, atunci cand vorbim de mai mult de 3 dimensiuni,
chiar si atunci cand timpul e una din ele. In acest caz sa ne imaginam
ca Universul are o forma cuboidala, iar oamenii sunt bidimensionali si
au retine unidimensionale. Sa ne imaginam ca dimensiunile spatiale sunt
latimea si inaltimea unei sectiuni de cuboid, iar oamenii se pot deplasa
in sus, in jos, in stanga si in dreapta. Sa ne imaginam ca adancimea
cuboidului e timpul.
Sa ne imaginam
acum ca un om bidimensional se afla la jumatatea inaltimii cubului. El
incepe sa se deplaseze in sus (prin spatiu, nu prin timp) pana ce va
ajunge la marginea cuboidului. Acuma el se va deplasa in jos, dar in
acelasi timp se va misca si inainte prin timp. De data aceasta va dura
mai mult sa ajunga in locul de unde a plecat deoarece el nu mai are o
ruta directa – se deplaseaza si prin timp.
Dupa cum se vede deplasarea prin timp, incetineste deplasarea prin spatiu. Acelasi
lucru e valabil si invers. Daca se mentine o pozitie fixa in spatiu si
deplasarea se face doar prin timp, va dura mai putin pana la atingerea
unui moment anume din timp decat atunci cand miscarea se executa in
spatiu si timp. Deci miscare in spatiu iti incetineste miscarea in timp.
Asta ne spune relativitatea despre timp. Dar procentajul de incetinire a
timpului, in timpul miscarii prin spatiu, este foarte mic in timpul
situatiilor cotidiene. Pentru a observa o diferenta notabila, e necesara
o deplasare in spatiu cu o viteza egala sau cat mai apropiata de cea a
luminii.
Relativitatea a fost demonstrata.
Au fost puse ceasuri atomice in avioane ce se deplasau cu viteze mari.
La sfarsitul zborului, ceasurile atomice au fost comparate cu cele de la
sol. Au fost gasite mici diferente ce fusesera prevazute exact de
ecuatiile matematice a relativitatii.
Teoria
generala a relativitatii a fost publicata in 1916 si merge si mai
departe. Einstein sustine ca masa curbeaza “tesatura” spatiu-timp pentru
a crea iluzia gravitatii. Din nou, o analogie cu un numar minim de
dimensiuni e ideala. Imaginati-va ca pe o folie de cauciuc se aseaza
bile de bowling. Bilele curbeaza folia de cauciuc. Orice obiect ce se
deplaseaza prin apropierea curburii, va incepe sa se miste in jurul
curbei (miscare asemanatoare spiralei de la o scurgere). Ideea despre
gravitatie a lui Einstein despre gravitatie este atat de simpla. Si a
fost demonstrata. Einstein a facut predictii despre felul in care lumina
va urma traiectorii curbate in jurul maselor mari, iar acest efect a
fost masurat in timpul unei eclipse de soare.
Timpul si determinismul
Teoria relativitatii nu descrie doar “curgerea” timpului, ea descrie timpul intr-o maniera aproape identica cu cea in care ne gandim la spatiu.
Relativitatea unifica spatiul si timpul. Toate punctele spatiale exista
simultan, dar… toate punctele din timp exista simultan? Acest lucru ar
sugera ca toate evenimentele din timp sunt deja “aici” si
ca nu exista vreun motiv pentru a alege ce se va intampla in viitor. Se
numeste determinism, deoarece evenimentele sunt predeterminate.
Relativitatea nu elimina ideea de liber arbitru, dar nici nu o sustine.
Timpul in lumile multiple a Teoriei Mecanicii Cuantice
Pentru a intelege aceasta teorie, trebuie sa ne intoarcem la exemplul cuboidului. Fiecare eveniment temporal este reprezentat de o sectiune a cuboidului. Oamenii percep dimensiunea timpului sub forma unei succesiuni de patrate. Asemenea cadrelor dintr-un film, acestea creaza iluzia trecerii timpului.
Lumea
din jurul nostru pare a fi facuta special pentru a sustine viata.
Universul are proprietati exacte care duc la aparitia vietii pe Pamant.
De exemplu, la inceputul Universului a existat o “batalie” intre materie
si anti-materie. Particulele cu anumite proprietati cuantice, denumite
de noi “materie”, au castigat lupta din motive inexplicabile. Multi
fizicieni sunt de parere ca acest eveniment si altele asemanatoare nu
sunt doar simple coincidente.
Martin
Rees, un astronom din Anglia, ne ofera analogia unei vizite intr-un
magazin de haine. Daca te-ai duce intr-un magazin de haine ce vinde o
singura marime, ar fi o coincidenta destul de mare daca ai descoperi ca e
exact marimea ta. Pe de alta parte nu ar fi o coincidenta gasirea unor
haine de marimea ta intr-un magazin ce vinde o varietatea de haine si
marimi. Sa extindem acest exemplu si in cazul Universului. E foarte
improbabil ca acest Univers sa existe din cauza felului partinitor fata
de stabilitatea gravitationala si aparitia unei vieti diversificate. Dar
daca luam in considerare posibilitatea ca Universul ofera o gama larga de “universuri” de diferite marimi,
atunci nu va mai fi asa de surprinzator faptul ca universul nostru
poate sustine viata. Aceasta teorie ar putea fi reprezentata sub forma
unei multitudini de cuboizi intr-un vast univers de cuboizi, fiecare
dintre ei avand propriul spatiu-timp. Fiecare cuboid reprezinta un
univers ce are un set diferite de legi fizice, deci ar putea fi complet
diferit de restul universurilor. Ar putea exista un mare numar de
universuri ce sustin viata, dar cu mici diferente. Tot asa cum intr-un
magazin de haine pot exista mai multe tricouri de marimea ta, dar in
culori diferite.
Din acest punct de
vedere exista linii temporale diferite. Unii oameni folosesc analogia
unor sine de cale ferata pentru a explica acest punct de vedere. Noi ne
miscam intr-o directie pe sine, dar exista si alte sine paralele cu a
noastre. Fiecare din ele e diferita intr-un fel (unele chiar au trenuri
pe ele). Din acest motiv, celelalte unversuril din cadrul acestui
“multi-univers” se numesc unversuri paralele.
Un
multi-univers al spatiu-timpului nu e doar o teorie ce rezolva problema
intrebarii “De ce e mediul nostru atat de potrivit pentru viata?”. E
totodata o teorie a mecanicii cuantice.
In
teoria mecanicii cuantice exista multe evenimente ce au loc din cauza
unor probabilitati aleatorii. De exemplu, curentul electric e compus din
electroni ce urmeaza un traseu aleatoriu ce e influentat de campurile
fortelor electrice pe langa care trec. Multi fizicieni considera ca
odata cu fiecare decizie cuantica luata, fiecare posibilitate are un
univers separat in care e pusa in aplicare.
In
aceasta teorie – numita interpretarea mecanicii cuantice a lumilor
multiple – fiecare posibilitate e pusa in aplicare. Din moment ce
interactiunile cuantice sunt fundamentale pentru orice reactie
macroscopica, putem ajunge la concluzia ca totul se intampla intr-un
univers sau in altul. Daca trebuie sa iei o decizie, sa zicem sa pleci
in vacanta in Bulgaria sau in Caraibe, va exista un univers in care
pleci in Caraibe si un univers in care pleci in Bulgaria. Acest lucru e
problematica din punctul de vedere al liberului arbitru. Daca toate
posibilitatile sunt aplicate, atunci totul e determinat de universul in
care te nasti.
Exista o variatie a
acestei teorii, dar e nevoie sa ne imaginam teoria cu o dimensiune in
minus. In loc sa ne imaginam universurile ca fiind cuboizi, trebuie sa
ni le imaginam ca fiind dreptunghiuri. Lungimea dreptunghiului va fi
timpul, iar celelalte dimensiuni vor reprezenta spatiul. Dreptunghiul nu
are adancime, deci daca asezam mai multe dreptunghiuri (universuri
multiple) unul peste altul, nu se va schimba nimic.
Se observa ca in toate aceste teorii, timpul are doua directii, asemenea celorlalte dimensiuni. Teoretic nu exista nimic care sa ne impiedice sa mergem in directia opusa.
De ce percepem timpul in acest fel?
Daca timpul este doar o dimensiune asemenea celorlalte, de ce o percepem atat de diferit?
Aceasta e intrebarea care il preocupa pe James Hartle de la
Universitatea din California, Santa Barbara, impreuna cu fizicienii
Stephen Hawking, Muray Gell-Mann si Steven Weinberg. Ei cred ca trecerea timpului e doar o iluzie.
Hartle crede ca timpul unidirectional e produsul felului in care procesam informatia.
Gell-Mann a dat denumirea de “sisteme de colectare si utilizare a
informatiilor” tuturor fiintelor ce proceseaza timpul in acest fel.
Oamenii fac parte din SCUI. Din cauza retinei bidimensionale, nu putem
procesa mai multe sectiuni de cuboid – “cadre” de timp – simultan.
Colectam informatii despre acest “cadru” – mediul nostru inconjurator –
folosindu-ne de simturile noastre, apoi stocam aceaste informatii
intr-un “registru de intrari”. Acesta nu are o capacitate de stocare
nelimitata, deci suntem nevoiti sa transferam informatia in memoria
noastra, altfel nu putem procesa informatiile urmatorului “cadru”.
Oamenii au o memorie de scurta durata si una de lunga durata, totodata
mai avem la dispozitie si informatiile permanente din cerebel (de ex.cum
sa innotam).
SCUI-urile mai au in
componenta si o “schema”, un model generalizat al perceptiei noastre
despre mediu. Aceasta schema contine reguli generale despre modalitatile
optime de actiune dintr-un anumit set de situatii. Informatiile
receptionate din mediul nostru e adaugata la schema pentru a determina
felul in care reactionam in anumite situatii. Decizia e constienta, dar este procesata si la nivel inconstient. Partea constienta a SCUI-urilor umane se concentreaza asupra informatiilor din “registrul de intrare”, o numim prezent. Partea inconstienta se concentreaza asupra informatiilor din memorie, o numim trecut. Acesta e motivul pentru care constientizam prezentul si ne amintim trecutul.
Traficul informational ce are loc prin “registrii” SCUI-urilor creaza iluzia “scurgerii” timpului. Dar nu timpul este cel care se “scurge”. Fiecare SCUI are propria sa viteza
a traficului informational dintre registri. Aceasta corespunde
diferentelor de percepere a vitezei cu care trece timpul. Mustele, de
exemplu, proceseaza mai multe informatii pe secunda altfel nu ar reusi
sa zboare la viteze asa de mari si nu ar putea evita obstacolele comune.
Prin urmare ele percep timpul ca fiind mai lent. Mustele traiesc putin
(cateva zile sau saptamani) o durata de viata scurta pentru un om. Dar
musca o percepe ca fiind mult mai lunga.
Deci este posibil ca modalitatea in care procesam informatiile sa fie motivul pentru care percepem diferit trecerea timpului.
Este timpul continuu sau este ca un film?
De
regula ne gandim la timp ca timp ca fiind continuu – un sir de
evenimente. Dar majoritatea teoriilor din fizica definesc timpul si
spatiul ca fiind opuse unei treceri continue de evenimente. Teoria M si
cea a gravitatii cuantice sunt teorii stiintifice serioase (dar
nedemonstrate) care sustin ca timpul si spatiul au unitati minime.
Exista o teorie a mecanicii cuantice care sugereaza ca timpul este
format din particule numite crononi. Cea mai mica durata de timp
teoretica posibila se numeste timp Planck si este echivalenta cu 10 la
puterea -43 secunde.
Daca aceasta
teorie e corecta, atunci perceptia noastra temporala ar putea fi
asemenea unui film. Filmele nu sunt continue: daca le incetinim
suficient de mult, constatam ca sunt un simplu set de fotografii ce sunt
prezentate rapid. Procesam informatiile despre mediul nostru si obtinem
o imagine asemanatoare celei dintr-un film sau dintr-un desen animat.
Atunci cand sunt prezentate intr-o succesiune rapida, ne creaza iluzia
unei miscari line si continue.
Este timpul asemanator cu spatiul?
Pana
acum, timpul a fost vazut ca fiind o dimensiune a spatiului, iar
deplasarea sa intr-o singura directie e considerata o iluzie. Dar exista
niste contra-argumente ce ne indica niste diferente majore, intre timp
si spatiu, ce nu pot fi explicate ca fiind iluzii.
O modalitate de a sustine ideea ca “directia timpului” e irelevanta e prin demonstrarea faptului ca toate procesele sunt identice, indiferent daca se desfasoara “inainte” sau “inapoi”. In mecanica cuantica, majoritatea interactiunilor dintre particule sunt “simetrice in timp” – nu conteaza daca sunt observate din perspectiva trecut-viitor sau viitor-trecut, ele se desfasoara identic.
Dar
acest lucru nu este valabil si in cazul obiectelor macroscopice.
Paharele de vin se sparg in zeci de cioburi, dar rareori vedem cioburi
de pahar ce se apuca sa formeze pahare de vin. Fizicienii pot explica de
ce cioburile de sticla nu formeaza pahare de vin prin postularea
existentei “sagetii termodinamice a timpului”. Termidinamica e in esenta
o grupare de legi. Chimistul P.W. Atkins o rezuma ca fiind:
“Exista
4 legi. Cea de a treia, Legea a Doua, a fost formulata prima; prima
lege, Legea Zero, a fost formulate ultima; Prima Lege a fost cea de a
doua; iar cea de a treia s-ar putea sa nu fie nici macar o lege asemenea
celorlalte”.
Esenta acestei idei e ca universul tinde sa devina dezordonat. Aceasta dezordine se numeste entropie si
credem ca e in continuua crestere. Nimeni nu stie de ce e in continua
crestere, dar e foarte clar acest lucru din multitudinea de experimente
realizate. Acesta e motivul pentru care caldura se „scurge” in zonele
mai reci si niciodata nu se intampla invers. Caldura nu e nimic altceva
decat particulele dintr-un sistem ce vibreaza aleatoriu, o stare
dezordonata. Lucrurile reci sunt mult mai ordonate deoarece particulele
ce le formeaza se misca mai greu. Acesta e motivul pentru care obiectele
macroscopice au interactiuni ireversibile.
Aceasta
e o diferenta clara fata de spatiu. Daca ne gandim la manifestarea
spatiala a unei mese, asta nu inseamna ca un capat al ei este mai dezordonat decat celalalt,
dar masa respectiva va deveni mai dezordonata in viitor, in comparatie
cu momentul in care a fost facuta. De aceea este o distinctie clara
intre timp si spatiu.
Este timpul reversibil?
Daca „trecerea” timpului intr-o singura directie e o iluzie, atunci ce ne opreste sa ii inversam cursul? Teoretic, nimic!
Lawrence
Schulman, de la Universitatea Clarkson din New York, crede ca timpul
poate fi parcurs si in sens invers. Cioburile de sticla pot deveni
pahare de vin, oamenii devin mai tineri si universul devine din ce in ce
mai mic. Schulman sustine ca exista asemenea zone de timp inversat sub
forma de spatii in cadrul universului nostru. O simulare virtuala a
aratat ca regiunile cu directii temporale diferite nu se anuleaza si
nici nu interactioneaza reciproc.
O
alta posibilitate e ca directia temporala a universului (din punct de
vedere termodinamic) se va inversa natural odata ce istoria universului
ajunge intr-un anumit punct. Acest lucru creaza o simetrie perfecta in
univers. Evident ca nu exista nici o dovada care sa sustina aceste idei,
dar nu exista nici impotriva lor.
Deci
ce este timpul? O dimensiune asemenea spatiului? Chiar „trece” sau e
doar o iluzie? Este continuu sau asemenea cadrelor unui film? Poate fi
inversat sau manipulat? Nu putem da raspunsuri certe la asemenea
intrebari, dar data viitoare cand va mai intreaba cineva ce este timpul,
poate va ganditi la un raspuns diferit.