TIMPUL

In mod traditional, timpul e vazut ca fiind masurarea distantei dintre evenimente. El e compus din trecut, prezent si viitor. Trecutul e considerat ca fiind ceva deja intamplat si nu poate fi schimbat. Viitorul, in schimb, e considerat ca fiind disponibil unei multitudini de posibilitati. Oamenii masoara timpul folosind multe unitati, unele bazate pe evenimente reale (rotatia Pamantului, in jurul Soarelui), altele sunt arbitrare. Descrierea clasica timpului facuta de Isaac Newton din lucrarea sa “Principia” e ca timpul “curge” constant, la fel pentru toti. Adica e independent de evenimentele ce au loc in cadrul sau. Aceasta descrierea a timpului a fost eliminata de Einstein si teoria sa.

Ideea clasica de timp e partinitoare datorita felului in care oamenii percep “trecerea” timpului. Constientizam evenimentele dintr-un punct de vedere personal si presupunem ca asa e peste tot. Abordarea clasica a timpului nu explica de percepem timpul in acest mod si nici cum este dobandit acest efect. Celelalte teorii despre natura timpului pun in discutie “radacinile” acestui punct de vedere natural.

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.