Cichy Fragles

skocz do treści

Stąd do wieczności i z powrotem (Sean Carroll)

Dodane: 25 listopada 2013, w kategorii: Literatura, Nauka

okładka (Prószyński i S-ka)

Dobrem najsprawiedliwiej rozdzielonym jest – jak wiadomo – rozum, bo nikt się nigdy nie skarży, że go dostał za mało. Według tego samego kryterium najbardziej niesprawiedliwie podzielony jest czas, bo na jego brak skarżą się bez przerwy wszyscy, choć niby mamy całą wieczność do dyspozycji.

Hmm, czy ja już tego kiedyś nie pisałem? Owszem. Ale co tam, dobrą frazę warto wykorzystać ponownie – zwłaszcza że jeśli czas faktycznie nie ma końca, to wszystko, co kiedykolwiek miało miejsce, i tak się jeszcze kiedyś powtórzy, i to nawet nieskończenie wiele razy, więc jeden raz w te czy wewte różnicy nie zrobi.

Ale czy na pewno czas nie ma końca? Skoro w powszechnym mniemaniu miał swój początek w Wielkim Wybuchu, to może będzie i koniec? Problem w tym, że jedno i drugie wymyka się zarówno eksperymentowi, jak i (przynajmniej na razie) rozumowi – na hasło „początek czasu” intuicja odpowiada pytaniem „a co było przed początkiem?” (i ewentualnie „dlaczego ten początek nastąpił?”), podobnie z końcem. Czas jest dla nas tak fundamentalnym i nienaruszalnym elementem świata, że wyobrażenie sobie jego braku przekracza nasze możliwości – i może słusznie, może rzeczywiście coś takiego, jak nieistnienie czasu, jest logicznie niemożliwe (chyba że w komplecie z nieistnieniem czegokolwiek, ale na to już za późno).

Nauka zna jednak wiele przypadków, gdy rzeczywistość okazywała się niezgodna z intuicją (albo i w ogóle ze zdrowym rozsądkiem, jak mechanika kwantowa), więc nie można z góry skreślać żadnej możliwości – zwłaszcza że tak naprawdę ciągle nie rozumiemy, czym właściwie jest czas. Dodatkowym wymiarem, podobnym w jakimś sensie do wymiarów przestrzennych? Medium, w którym się poruszamy? Miarą wzrostu entropii? A może tylko abstrakcyjnym pojęciem, określającym następstwo zdarzeń? Za każdą z tych interpretacji przemawia wiele argumentów, każda też ma swoje słabości – szczegóły pominę, żeby nie przepisywać książki – a jak to we współczesnej fizyce często bywa, żadna nie wyjaśnia wszystkiego…

Jedna z największych zagadek związanych z naturą czasu wiąże się z kwestią entropii. Jak wiadomo, wraz z upływem czasu entropia musi wzrastać (globalnie, bo lokalnie może dojść do jej spadku kosztem szybszego wzrostu gdzie indziej), z czego wypływa oczywisty wniosek, że kiedyś Wszechświat był dużo bardziej uporządkowany niż teraz – co z kolei rodzi pytanie, skąd się ten początkowy porządek wziął. A według szacunków podanych przez autora był to naprawdę nie lada porządek – maksymalną entropię całego obserwowalnego Wszechświata szacuje się na 10^120, natomiast entropia w momencie Wielkiego Wybuchu miała wynieść „zaledwie” 10^87.

W zapisie potęgowym nie wygląda to na porażającą różnicę, w rzeczywistości jest ona jednak niewyobrażalnie wielka – prawdopodobieństwo przypadkowego uzyskania stanu o tak niskiej entropii wynosiło zaledwie 1/10^33, czyli o wiele rzędów wielkości mniej niż trafienie szóstki w Totka. Żeby to sobie lepiej uzmysłowić: powierzchnia Ziemi, wliczając oceany, to nieco ponad pół miliarda kilometrów kwadratowych. 1/10^33 to z grubsza tyle, co prawdopodobieństwo, że wybierając losowe współrzędne geograficzne z dokładnością do kilkunastu miejsc po przecinku, trafimy w punkt o średnicy… nanometra. Czyli jednej milionowej milimetra. Jeden jedyny taki punkcik gdzieś na Ziemi – mam nadzieję, że to dobrze oddaje skalę problemu.

Jego zbadanie stanowi oczywiście nie lada kłopot, jako że Wielki Wybuch mieliśmy tylko jeden (a przynajmniej tylko o jednym wiemy) i nie jesteśmy w stanie go sobie powtórzyć w kontrolowanych warunkach, więc póki co pozostają spekulacje, które może zostaną zweryfikowane przez kolejne pokolenia fizyków, a może pozostaną hipotezami na wieki wieków. Najpopularniejsza z tych hipotez zakłada, że Wielki Wybuch nie był wydarzeniem jedynym w swoim rodzaju, tylko czymś, co zdarzyło się już wielokrotnie, a tylko my nie jesteśmy w stanie zaobserwować poprzednich tego typu wydarzeń, ponieważ „nasz” Wielki Wybuch w jakiś sposób wyznaczył nieprzekraczalną granicę obserwowalności.

Hipoteza ta stała się ostatnio dość głośna dzięki książce Rogera Penrose’a „Cykle czasu”, według której po odpowiednio długim czasie cały Wszechświat stanie się tak doskonale pusty i jednorodny, że w końcu powstaną warunki umożliwiające kolejny Wielki Wybuch, który otworzy nowy cykl – jednocześnie deformując czasoprzestrzeń w taki sposób, że obserwacja wcześniejszych wydarzeń stanie się niemożliwa.

Sean Carroll proponuje nieco inne ujęcie, opierając się na następującym problemie z entropią: co, kiedy osiągnie ona maksimum, a czas będzie biec dalej? Wzrost entropii wynika z faktu, że stanów bardziej nieuporządkowanych jest wielokrotnie więcej, niż tych bardziej uporządkowanych, więc stopniowe przechodzenie do stanów o coraz mniejszym uporządkowaniu jest o wiele rzędów wielkości bardziej prawdopodobne niż trwanie na jednym poziomie lub przejście w odwrotnym kierunku. Ale kiedy już osiągniemy stan o maksymalnej entropii, to dla odmiany nieprawdopodobne będzie, żeby przechodził on już wiecznie tylko w inne stany o maksymalnej entropii – przynajmniej czasami, w ramach fluktuacji prawdopodobieństwa, entropia będzie więc musiała zmaleć. A jeżeli mamy nieskończenie wiele czasu, to nawet najbardziej nieprawdopodobna fluktuacja musi się kiedyś zdarzyć…

Co więcej, w ten sposób mogłoby istnieć nawet wiele wszechświatów jednocześnie – według innej hipotezy, odpowiednia fluktuacja czasoprzestrzeni może doprowadzić do powstania „bąbla”, który oderwie się od reszty czasoprzestrzeni, stając się odrębnym wszechświatem, z własnymi cyklami. Co więcej, autor znajduje nawet sposób, jak to pogodzić z zasadą zachowania energii, jednocześnie dopuszczając „pączkowanie” wszechświatów w nieskończoność. Niestety, wszystko to ciągle w ramach spekulacji – w dodatku według przypuszczeń autora odpowiednio silna fluktuacja mogłaby się zdarzyć średnio raz na 10^600 lat (10 i 600 zer – dość dużo czekania), a jej efekty nawet nie byłyby dla nas specjalnie widoczne, bo odrywający się nowy wszechświat pozostawiłby w starym tylko mikroskopijne zawirowanie czasoprzestrzeni. Cóż, może nasi potomkowie zdołają to wszystko kiedyś zweryfikować, np. za pomocą Jeszcze Większego Zderzacza Hadronów.


(obrazek via Wikimedia Commons)

Dużo jeszcze mógłbym o tej książce napisać – poruszyłem tu tylko jeden z problemów związanych z czasem, a jest ich jeszcze od groma, poczynając od jego postrzegania, przez odwracalność, teorię informacji, teorię względności, mechanikę kwantową, termodynamikę, ciemną energię, aż po metafizykę i kosmologię. To wszystko i wiele więcej autor opisuje, zaczynając od zupełnych podstaw (przez pierwsze 100-200 stron ocierając się wręcz o oczywistości i łopatologię), by stopniowo przechodzić do zagadnień coraz trudniejszych i w końcu gdzieś tak po czterysetnej stronie niepostrzeżenie dojść do naprawdę już ostrego rycia beretu. Doskonała pułapka na początkujących;-).

Pułapka, w którą zdecydowanie warto wpaść – dawno nie czytałem książki równie ciekawej, wciągającej, inspirującej, no i oczywiście ryjącej beret, co w tym gatunku szczególnie cenne i chwalebne. Polecam gorąco – i proszę się nie wykręcać brakiem czasu, bo jak już wspomniałem, prawdopodobnie nigdy się on nie skończy.

Ocena: 5+

 

Podobne wpisy

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Formatowanie tekstu:
W zależności od wybranego formatu możesz używać podstawowych tagów HTML (np. <a>, <i>, <b>, <blockquote>) lub ich odpowiedników w Markdown.