W poszukiwaniu zrozumiałego czasu

Arkadiusz Piwoński, fizyk: Trzy lata po opublikowaniu przez Alberta Einsteina szczególnej teorii względności Hermann Minkowski przedstawił jej geometryczną interpretację, ukazując czas jako jeden z wymiarów czterowymiarowej czasoprzestrzeni. W jego wystąpieniu z 1908 r. padły słowa: „Odtąd przestrzeń w sobie i czas w sobie mają całkowicie stać się cieniami i tylko pewien rodzaj ich unii utrzymać ma samodzielność”.

W codziennych doświadczeniach czas jawi się nam jako niezmiennie płynące continuum, na tle którego dzieją się wszystkie wydarzenia. Jako wielkość fizyczna czas jest pojęciem podstawowym, a pojęć podstawowych głębiej nie da się wyjaśnić. Nauka wyjaśnia nam, jaki jest świat, a jeśli kiedykolwiek odpowiada na pytania, dlaczego jest taki, to tylko wtedy, gdy może się odwołać do mechanizmów i bytów bardziej elementarnych.

 

Czas jest dla nas fundamentalny i głębiej nie potrafimy go wyjaśnić, i tak samo, jak w wypadku elementarnych składników materii, możemy jedynie mówić o jego właściwościach. Teoria względności Alberta Einsteina rewolucjonizuje nasze pojmowanie czasu i pozbawia go absolutnego charakteru. Ukazuje też czas jako jeden z wymiarów czasoprzestrzeni, co jako pierwszy zauważył niemiecki matematyk polskiego pochodzenia Hermann Minkowski, wyrażając w sposób geometryczny idee Einsteina. Teoria względności to tak naprawdę dwie teorie, szczególna teoria względności i ogólna teoria względności. Obie radykalnie odmieniają nasze pojmowanie czasu i żeby zrozumieć, w jaki sposób, zastanówmy się chwilę nad obiema, dzięki czemu uzmysłowimy sobie, że chwila to pojęcie względne, nie tylko w rozumieniu subiektywnym.

 

Łódź i brzeg

 

Szczególną teorię względności Albert Einstein w pracy z 1905 r. oparł na zasadzie względności, zgodnie z którą prawa natury są takie same we wszystkich inercjalnych układach odniesienia. Są to takie układy, w których nie ma sił bezwładności. W pociągu jadącym ze stałą prędkością pasażerowie nie odczuwają tego, że nim jadą i gdyby zasłonili okna i włączyli głośną muzykę w słuchawkach, to nie potrafiliby stwierdzić, czy pociąg się porusza, czy spoczywa względem torów. Jedynie odgłosy jazdy i widoki za oknem zdradzałyby fakt ruchu pociągu. Dopiero jego hamowanie albo przyspieszanie lub skręcanie sprawiłoby, że ruch byłby odczuwalny. Podobnie stabilnie płynąca ze stałą prędkością wzdłuż brzegu jeziora łódź motorowa jest układem inercjalnym i prawa fizyki są na niej takie same, jak na brzegu jeziora. Powiemy, że łódź i brzeg jeziora są równouprawnionymi układami odniesienia, bo natura wszystkich zjawisk fizycznych w tych układach jest identyczna. Trzeba jednak brać pod uwagę, że na brzegu może nie być wiatru, a na łodzi wiatr będzie odczuwalny, więc o ile prawa natury są takie same na brzegu i na łodzi, to prędkość dźwięku mierzona na brzegu będzie inna niż na łodzi. Dźwięk rozchodzi się w powietrzu i wiatr unosi dźwięk, więc wiejąc w naszym kierunku, powiększa prędkość dźwięku o prędkość wiatru. Słuchając śpiewu ptaka w kierunku pod wiatr, odbieramy prędkość dźwięku powiększoną o prędkość wiatru.

 

Ognisko i pociąg

 

Światło nie potrzebuje do rozchodzenia się ośrodka i rozchodzi się w samej próżni. Powietrze mu jedynie przeszkadza. Z punktu widzenia rozchodzenia się dźwięku brzeg jeziora różni się od łodzi, bo w łodzi jest odczuwalny wiatr, ale dla rozchodzenia się światła nie ma różnicy. Światło propaguje się bez ośrodka, nie ma czegoś takiego, jak wiatr próżni i prędkość światła mierzona na brzegu jeziora i na łodzi będzie taka sama. Oznacza to, że światło płonącego na brzegu ogniska dobiega z taką samą prędkością do siedzących wokół ogniska i również z taką samą prędkością do płynącego łodzią. Nawet jeśli jest to turbomotorówka płynąca w kierunku ogniska z prędkością równą połowie prędkości światła. Nieważne, czy się zbliżamy, czy oddalamy od źródła światła. Zawsze odbieramy taką samą jego prędkość. Jest to sprzeczne z naszymi intuicjami, bo kształtowały się one w świecie małych prędkości, ale musimy się pogodzić z tym faktem. Kiedy stoimy na peronie, to światło reflektorów nadjeżdżającego pociągu dociera do nas z tą samą prędkością, kiedy pociąg się do nas zbliża i kiedy już się zatrzymał. Odbierana przez obserwatora prędkość światła nie zależy od tego, czy ktoś do niego biegnie z latarką, czy ucieka. Mając na uwadze to, że zarówno uciekanie od źródła światła, jak i gonienie go nie wpływa na to, jaką prędkość światła zmierzymy. Przeprowadźmy pewien eksperyment myślowy. Spójrzmy na lewą część poniższego rysunku i wyobraźmy sobie, że w ciemnym pasku na dole jest lampa błyskowa, a pasek górny jest lustrem.

rys. Anastazja Pazura

Błysk wysłany z dolnego paska wędruje do góry, odbija się od lustra i wraca tam, skąd został wysłany, gdzie jest rejestrowany. Światło pokonało drogę w dwie strony, co jest zaznaczone pionowymi cienkimi liniami. Mamy więc zegar świetlny, którego tyknięcie trwa tyle czasu, ile potrzebuje światło na to, by z dołu polecieć do góry, odbić się od lustra i wrócić na dół. Lewa część rysunku pokazuje, jak widzi sytuację obserwator, dla którego zegar jest nieruchomy. W prawej części rysunku natomiast jest pokazany ten sam zegar świetlny, ale obserwowany w ruchu. W trakcie drogi światła z dołu do góry i z powrotem układ przesunął się w prawo. Układ jest pokazany w trzech chwilach: wysłania błysku, jego odbicia od górnego lustra i zarejestrowania na dole. Cienka linia łamana pokazuje, jak widzi drogę światła obserwator, dla którego układ jest w ruchu. Widzimy, że droga światła jest dłuższa dla obserwatora widzącego zegar w ruchu. Jednak dla niego prędkość światła jest taka sama, jak dla kogoś spoczywającego względem zegara, bo jak pamiętamy, prędkość światła nie zależy od ruchu względem źródła. Dlatego dla obserwatora widzącego zegar w ruchu jego tyknięcie trwało dłużej, bo światło z taką samą prędkością pokonało dłuższą drogę. To samo zdarzenie trwało dłużej, kiedy było obserwowane w układzie ruchomym.

 

Samochód i cząstka

 

Czas płynie więc wolniej w układach odniesienia poruszających się względem nas, co nazywamy dylatacją czasową. Nie spodziewajmy się jednak, że ciskając stanowczo odpornym na wstrząsy zegarkiem, zauważymy po jego podniesieniu spóźnienie, ponieważ prędkości, z jakimi mamy do czynienia na co dzień, są bardzo małe w porównaniu z prędkością światła. Zauważmy, że w powyższym eksperymencie myślowym w trakcie tyknięcia zegara świetlnego, czyli w czasie przelotu światła do góry i z powrotem, obserwator widzący zegar w ruchu zauważył znaczące jego przesunięcie w prawo (prawa część rysunku). Czyli prędkość zegara musiała być porównywalna z prędkością światła, co zegarom, z jakimi obcujemy na co dzień, nie grozi, bo prędkość światła to ok. 300 000 km/s. Jednak im bardziej obserwowany układ zbliżałby się do prędkości światła, tym upływ czasu w nim byłby wolniejszy. Zegar osiągający prędkość światła zatrzymałby się, ale w przeciwieństwie do światła rzeczy nie mogą osiągnąć takiej prędkości. Możemy jedynie rozpędzić coś do prędkości bliskiej prędkości światła, co byłoby trudne w wypadku samochodu, ale w akceleratorach potrafimy rozpędzać cząstki elementarne do takich prędkości.

 

Obserwując nietrwałe cząstki elementarne rozpędzone do prędkości bliskiej prędkości światła, widzimy, że ich czas „życia” staje się dla nas dłuższy, czyli dla nas „żyją” one wolniej. Potwierdza to słuszność przewidywań teorii względności. Poza spowolnieniem upływu czasu w układach ruchomych, szczególna teoria względności przewiduje również względność jednoczesności zdarzeń.

 

Wśród błyskawic

 

Wyobraźmy sobie, że podróżujemy pociągiem z ogromną, ale stałą prędkością. Jesteśmy dokładnie pośrodku składu i gdy mijamy osobę stojącą na peronie, dociera do nas błysk piorunów, które uderzyły w czoło i koniec pociągu. Uznajemy, że pioruny uderzyły jednocześnie, bo światło błyskawic dotarło do nas z tych samych odległości jednocześnie. Jednak osoba na peronie, która też widziała błyski, uzna, że najpierw piorun uderzył w tył, a potem w przód pociągu. Światło pioruna uderzającego w lokomotywę miało krótszą drogę do pokonania niż blask tylnego pioruna, bo czoło pociągu było bliżej osoby z peronu niż koniec, gdy chwilę wcześniej błyskawice powstały. Uderzenie piorunów jest jednoczesne dla pasażera pociągu, a niejednoczesne dla osoby z peronu. Efekt jest tym silniejszy, im prędkość pociągu bliższa prędkości światła, ale też im większa jego długość.

 

Nie istnieje absolutna teraźniejszość w całym Wszechświecie. Względność jednoczesności zdarzeń rodzi problemy związane z kwestią określoności przyszłości i jest przedmiotem licznych dyskusji. Jednak wiele wskazuje na to, że nie jest ona zdeterminowana. Turystów z przyszłości też nie gościmy, na co wskazywał Stephen Hawking, rozważając kwestie podróży w czasie. Do problemu determinizmu powrócimy jeszcze, gdy wyjdziemy w rozważaniach poza teorię względności. Problematyczna jest sprawa podróży w przeszłość, bo zmieniając nawet najdrobniejszy szczegół w przeszłości, sprawilibyśmy, że przyszłość tworzyłaby się inaczej i moglibyśmy się nie narodzić.

 

Przestrzeń w tańcu z czasem

 

Trzy lata po opublikowaniu przez Einsteina szczególnej teorii względności Hermann Minkowski przedstawił jej geometryczną interpretację, ukazując czas jako jeden z wymiarów czterowymiarowej czasoprzestrzeni. W jego wystąpieniu z 1908 r. padły słowa: „Odtąd przestrzeń w sobie i czas w sobie mają całkowicie stać się cieniami i tylko pewien rodzaj ich unii utrzymać ma samodzielność”. Skąd ten pomysł? Wiemy już, że ruchomy zegar wolniej odmierza czas. Szczególna teoria względności przewiduje nie tylko spowolnienie upływu czasu w układach ruchomych, ale skrócenie długości przedmiotów. Z punktu widzenia obserwatora będącego na peronie, w bardzo szybko przejeżdżającym pociągu nie tylko czas płynie wolniej, ale sam pociąg staje się krótszy. Efekt nosi nazwę skrócenia Lorentza. Rozumowanie prowadzące do tego wniosku nie będzie tu przytaczane, ale można się oprzeć na tym samym kluczowym założeniu, którego użyliśmy w eksperymencie myślowym wyjaśniającym dylatację czasową. Chodzi o stałość prędkości światła dla wszystkich obserwatorów, niezależnie od ich ruchu względem źródła światła. W każdym razie bardzo szybko mknąca strzała dla widzącego jej przelot obserwatora staje się krótsza. Oczywiście żeby efekt był zauważalny, to prędkość strzały musiałaby być bliska prędkości światła. Jednak nie chodzi tutaj o mechaniczne zgniecenie materiału strzały lub pociągu. Coś się dzieje z samą przestrzenią.

 

Zdjęcie skraca drzwi

 

Szczególna teoria względności podaje dokładny przepis matematyczny na spowolnienie upływu czasu i skrócenie długości przedmiotów w układach ruchomych. Nazywa się on transformacją Lorentza. Minkowski zauważył, że ten przepis jest podobny do takiego, jakiego byśmy użyli np. do określenia, na ile uchylone o pewien kąt drzwi na zdjęciu są krótsze od zamkniętych. Kiedy patrzymy na otwierające się drzwi, nie przychodzi nam do głowy, że się skracają, bo wiemy, że się wychylają od nas albo do nas. Jednak wiemy, że to, co widzimy, nie jest płaskie, czyli dwuwymiarowe, ale że jest też kierunek naprzeciw. Na zdjęciu są tylko dwa wymiary, ale patrząc na realne drzwi. wiemy, że jest kierunek na wprost, czyli trzeci wymiar.

 

Przedstawiając czas razem z przestrzenią jako czterowymiarową czasoprzestrzeń, możemy przedstawić spowolnienie upływu czasu i skrócenie długości przedmiotów jako obrót tej czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Nasza wyobraźnia wtedy szwankuje, bo tak samo jak na zdjęciu nie ma trzeciego wymiaru, tak w naszych głowach nie wykształciło się rozumienie czwartego wymiaru, bo nie obcowaliśmy z efektami relatywistycznymi w trakcie rozwoju. Jednak można bardzo spójnie opisać dylatację czasową wraz ze skracaniem długości przedmiotów w układach ruchomych, przedstawiając ruch jako obrót czterowymiarowej czasoprzestrzeni, w którym widzimy linijki odmierzające czas i długości pod różnymi kątami. Patrząc na linijkę pod różnymi kątami, widzimy mniej lub bardziej zagęszczoną podziałkę. Nawet nie widząc czwartego wymiaru, możemy się z nim pogodzić na tej samej zasadzie, co z trzecim wymiarem na dwuwymiarowym zdjęciu.

 

Winda i silnik rakiety

 

Samą koncepcję czasoprzestrzeni zawdzięczamy Minkowskiemu, ale termin ten jest kojarzony przede wszystkim z Einsteinem, ponieważ rozwinął on ideę czasoprzestrzeni i ujął grawitację jako jej zakrzywienie. Niedługo po opublikowaniu szczególnej teorii względności Einstein uświadomił sobie, że natura grawitacji jest taka sama, jak sił bezwładności. Czyli stojąc w nieruchomej lub poruszającej się jednostajnie windzie na Ziemi, czujemy się tak samo, jakbyśmy się czuli gdzieś daleko od źródeł grawitacji w rakiecie o kształcie windy z silnikami odrzutowymi w podłodze. Wciskanie w podłogę z powodów grawitacyjnych ma taką sama naturę, jak wciskanie w podłogę z powodu przeciążeń wynikających z przyspieszania układu. Na tym pomyśle Einstein zbudował ogólną teorię względności. Do tej pory mówiliśmy o inercjalnych układach odniesienia, w których nie ma przeciążeń, ale teraz uwzględnimy nieinercjalne układy, czyli włączamy silniki w rakiecie, przez co wciska nas w jej podłogę i nawet będąc gdzieś daleko w kosmosie, możemy w niej siedzieć i chodzić bez stanu nieważkości. Jak zaraz zobaczymy, równoważność siły grawitacji na Ziemi i siły bezwładności wciskającej w podłogę rakiety prowadzi do wniosku, że czas w polu grawitacyjnym płynie wolniej. Na rysunku są przedstawione dwa układy odniesienia. Jeden jest związany z rakietą, która rozpędza się gdzieś w przestworzach, poza zasięgiem źródeł grawitacji. Drugi spoczywa na Ziemi, wzbudzając zainteresowanie otoczenia.

rys. Anastazja Pazura

W obydwu tych układach moglibyśmy stać lub siedzieć, a rzeczy by spadały. W rakiecie wciskanie w podłogę wynikałoby z jej przyspieszania, a na Ziemi z obecności pola grawitacyjnego. Ziemia ma masę, a masa jest źródłem pola grawitacyjnego. Przy odpowiednio dobranym przyspieszeniu rakiety rzeczy spadałyby w niej identycznie jak na Ziemi. Na rysunku widzimy też rakietę w powiększeniu i w rakietowym układzie odniesienia widnieje zagięta czerwona linia. Ta linia to promień świetlny, który wleciał oknem rakiety, ale kiedy światło przelatywało w poprzek rakiety, zdążyła ona trochę przelecieć. Rakieta się rozpędza i kiedy światło wylatywało z drugiej strony rakiety, była już trochę dalej. Dlatego z punktu widzenia kosmonauty w rakiecie promień leciał po torze zagiętym i wyleciał z niej trochę niżej, niż wleciał.

 

Na parterze starzejesz się najwolniej

 

Kosmonauta w rakiecie nie jest w stanie nieważkości, tylko może w niej chodzić po podłodze, bo rakieta przyspiesza, więc kosmonautę wciska w podłogę. Stan nieważkości odczuje, jak skończy się paliwo, ale teraz czuje ciążenie, tak samo jak obserwator w drugim układzie odniesienia na Ziemi. Traktując ciążenie grawitacyjne jako lokalnie równoważne ciążeniu wynikającemu z przyspieszania rakiety, musimy uznać, że impuls światła, przelatując przez układ odniesienia na Ziemi, będzie również podążał po linii zagiętej. Jednak jest ona dłuższa, niż gdyby Ziemi nie było i światło mknęłoby po linii prostej. Prędkość światła jest zawsze taka sama, więc światło po linii zagiętej dłużej przelatuje przez układ niż po linii prostej. To samo zdarzenie trwa więc dłużej w obecności pola grawitacyjnego niż gdzieś daleko od jego źródeł. Grawitacja spowalnia czas, czyli płynie on wolniej tam, gdzie ciążenie jest większe. Mieszkańcy ostatnich pięter są poddani minimalnie mniejszemu ciążeniu niż ich sąsiedzi z parteru, więc starzeją się odrobinę szybciej, choć efekt jest nieznaczący.

 

Kręcąc się na karuzeli, też doznajemy siły bezwładności, która nas wciska w zewnętrzną ścianę wagonika, co sprawia, że doznajemy przeciążeń i czas dla nas płynie wolniej niż dla stojących obok karuzeli. Jednak żeby efekt był zauważalny na tyle, by po kilkuminutowym dla nas kręceniu się, po zejściu z karuzeli zobaczyć, że dla znajomych czekających obok upłynęła godzina, musielibyśmy doznawać tak wielkich przeciążeń, których byśmy nie przeżyli.

 

Mrówka zakrzywia czasoprzestrzeń

 

Wróćmy do zagięcia promienia świetlnego wywołanego przez grawitację. Ukazuje ono zakrzywienie czasoprzestrzeni. Einsteinowi zajęło ładnych parę lat, by swoje refleksje na temat natury grawitacji przekuł w ostateczną wersję ogólnej teorii względności, która jest największym dziełem jego życia. Wyjaśnia ona grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni wywołane jej źródłem, czyli masą obiektów. Nawet mrówka zakrzywia czasoprzestrzeń, ale w sposób niezauważalny. Po raz pierwszy udało się zauważyć zakrzywienie czasoprzestrzeni w 1919 r., kilka lat po powstaniu ogólnej teorii względności. Za obiekt zaginający czasoprzestrzeń posłużyło Słońce. Kiedy światło mknące do nas od gwiazdy przelatuje blisko naszej gwiazdy, to lekko zakręca, bo Słońce zagina czasoprzestrzeń. Dlatego gwiazda powinna mieć zmienione położenie na tle reszty gwiazd na niebie, bo światło dochodzi do nas z lekko zmienionego kierunku. W dzień nie widać gwiazd, a taka gwiazda byłaby widoczna na niebie blisko tarczy słonecznej, bo obok Słońca przeleciał promień światła gwiazdy. Dlatego jedyną okazją, żeby zobaczyć, jak Słońce deformuje obraz gwiazdy, jest zaćmienie Słońca. Wtedy robi się ciemno i można obserwować gwiazdę w pobliżu tarczy słonecznej. Obserwacje z 1919 r. potwierdziły przewidywania ogólnej teorii względności, przysparzając Einsteinowi ogromnej sławy.

 

Sekunda jak milion lat

 

Zakrzywienie czasoprzestrzeni wywołane przez Słońce nie jest duże, ale masywniejsze gwiazdy mogą zapaść się grawitacyjnie, tworząc wciąż mglisto przez nas rozumiane czarne dziury. Zakrzywiają one czasoprzestrzeń do tego stopnia, że gdybyśmy rzucili zegar w kierunku czarnej dziury, to im bardziej zbliżałby się do niej, tym wolniej odmierzałby czas i spadałby coraz wolniej. Zbliżając się do czarnej dziury, pogrążałby się w coraz silniejszym polu grawitacyjnym. Dlatego z punktu widzenia odległego obserwatora odmierzałby czas coraz wolniej i zwalniałby spadanie. Nie doczekalibyśmy się wpadnięcia zegara do czarnej dziury, bo w końcu znalazłby się w tak silnym polu grawitacyjnym, że jego sekunda byłaby dla nas milionem lat. Jednak dla niego samego sekunda byłaby cały czas sekundą, więc ktoś spadający do czarnej dziury nie odczułby zwalniania czasu. Jedynie odległy obserwator tak by to widział.

 

Świat idealnie zaplanowany

 

Zastanówmy się jeszcze, jak nam w poszukiwaniach zrozumiałego czasu mogą pomóc inne rejony fizyki. Nasze pojmowanie czasu i całej rzeczywistości zostało odmienione nie tylko przez rewolucję relatywistyczną, ale również kwantową. Z mechaniki kwantowej wyłania się zupełnie inny obraz świata niż znany z życia codziennego, które ukształtowało nasze rozumienie świata w duchu klasycznej mechaniki Newtonowskiej. Taki świat widzimy od urodzenia w skali wielkości rzeczy, w jakiej żyjemy i nie zdradza on nam pewnych sensacji. Możemy być pewni, że jeśli rzucimy pomidorem i gdzieś on spadnie, to rzucając nim drugi raz w taki sam sposób i z tego samego miejsca, trafimy również w to samo miejsce docelowe. Mechanika klasyczna jest całkowicie deterministyczna i warunki początkowe zjawiska dokładnie określają warunki końcowe. Oczywiście o wiele łatwiej jest obliczyć, gdzie spadnie rzucony pomidor, niż określić, gdzie będą leżały wszystkie ziarenka piasku wydmy po podmuchu wiatru, co w drugim przypadku byłoby praktycznie niemożliwe. Jednak możemy mieć pewność, że nawet jeśli nie posiadamy odpowiednio silnego komputera, za pomocą którego byśmy obliczyli dokładne położenie wszystkich ziarenek piasku, to zgodnie z klasyczną mechaniką mają one dokładnie zaplanowane losy. Stan początkowy dowolnie skomplikowanego układu w mechanice klasycznej zawsze określa stan po jakimś czasie. Mechanika klasyczna jest deterministyczna i dlatego początkowe położenie kul bilardowych i sposób uderzenia w jedną z nich określa dokładnie, gdzie się zatrzymają wszystkie kule, nawet jeśli obliczenie tego byłoby trudne. Gdyby świat podlegał całkowicie prawom mechaniki klasycznej, to bilard wszystkich jego elementów, składający się z każdej cząstki naszych rąk, nóg, mózgów, gór, mórz i chmur, Słońca itd., miałby dokładnie określony los. Obliczenie tego losu byłoby niemożliwe, bo nie posiadamy takich superkomputerów, ale moglibyśmy mieć pewność, że położenie wszystkich cząstek naszych mózgów jutro w południe jest już dziś ustalone. Zatem ustalone byłoby też, co jutro pomyślimy, bo każda aktywność naszych mózgów to jakiś stan jego elementów. Wolna wola byłaby iluzją, gdyby mechanika klasyczna w pełni opisywała świat. Każda nasza myśl byłaby już ściśle zaplanowana przed jej podjęciem, jak w mechanizmie idealnie dokładnego zegarka.

 

Atom nie wie, co zrobi

 

Mechanika kwantowa odrzuca determinizm i warunki początkowe układu nie skazują go na jedyną możliwą oraz określoną w tych warunkach przyszłość. Dlatego zamieniając rzut pomidorem na ruch elektronu, nie możemy już powiedzieć, gdzie dokładnie będzie elektron. Nie widzimy świata w skali wielkości atomów, ale procesy zachodzące na tym poziomie mają wpływ na właściwości świata w makroskali. Teoria kwantowa i eksperymenty ją potwierdzające wskazują na to, że ta sama przyczyna może prowadzić do różnych skutków i możemy jedynie mówić o prawdopodobieństwach różnych scenariuszy. Nie chodzi w tym jednak o to, że my nie wiemy, co zrobi atom, ale to atom „nie wie”, co zrobi. W codziennym życiu często szacujemy prawdopodobieństwa różnych scenariuszy, ale niepewność rozumiemy jako brak pełnej wiedzy o badanym procesie, a nie jako samą nieokreśloność scenariusza jako takiego. Tymczasem w świecie kwantowym nieokreśloność istnieje na poziomie fundamentalnym. Identyczne warunki początkowe w układzie mogą prowadzić do różnych scenariuszy. Przyszłość więc wyłania się jako nieokreślona, a wolna wola ma prawo istnieć. Pamiętajmy jednak, że tempa upływu czasu mogą być różne, a jednoczesność zdarzeń względna. Nie ma więc absolutnego „teraz” w całym Wszechświecie. Przyszłość jest lokalnie nieokreślona, ale skoro tempa upływu czasu mogą być różne, to w jednym układzie odniesienia mogło upłynąć mniej czasu niż w drugim i w tym sensie jeden układ podróżuje w przyszłość. Musiała ona jednak się utworzyć, by w niej wylądować.

 

Celem jest bałagan

 

A czy strzałka czasu musi nieubłaganie wskazywać kierunek ku przyszłości? Gdybyśmy ją odwrócili, to ze szklanki chłodnej wody mogłaby się zrobić szklanka ciepłej wody z kostkami lodu, co przeczyłoby prawu termodynamiki, zgodnie z którym rzeczy pozostawione same sobie dążą do coraz większego nieuporządkowania. Wyznacza to kierunek strzałki czasu. Istnieje koncepcja, że antymateria może się cofać w czasie. Cząstki elementarne mają swoich lustrzanych antybraci. Na przykład ujemny elektron ma antybrata w postaci dodatniego pozytonu. Niektóre własności antycząstek interpretuje się tak, jakby ich strzałki czasu były odwrócone. Jest wiele pytań bez odpowiedzi, wciąż nie potrafimy wyjaśnić Wszechświata, uwzględniając jednocześnie ogólną teorię względności i mechanikę kwantową. Istnieje hipoteza, w której czasoprzestrzeń ukazuje się nam jako pochodna bytu informacyjnego. A co było przed Wielkim Wybuchem, w wyniku którego, jak sądzimy, powstał Wszechświat, w którym żyjemy? Może nie było czasu i pytanie nie ma sensu. Może nasz Wszechświat to tylko jedno winogrono w całej kiści i jest wiele różnych czasów? Nie uświadamiamy sobie, czym jest nieskończoność, czym jest wieczność, której tak pragniemy. Czy czas pozwoli choć trochę zbliżyć się do jego zrozumienia? Czas pokaże.

 

Więcej na temat czasu przeczytacie w Presto #25