Kako funkcionira vrijeme?

Kako funkcionira vrijeme?

Sekundu po sekundu, minutu po minut, vrijeme se naočigled kreće konstantno od početka svemira pa sve do danas. Ono je učestalo i nepromijenjeno, ali je li uistinu tako?

Vjerojatno želite sjesti prilikom čitanja ovog članka. Dobro, vjerojatno već sjedite, stoga možemo početi.

Kada govorimo o vremenu, lako se možemo izgubiti iza kompleksnosti koju donosi ova tema.  Vrijeme je svuda oko nas, vječno prisutno, te je ono osnova našega mjerenja života na Zemlji. To je jedna konstanta koja održava svijet, Sunčev sustav, pa čak i svemir.  Civilizacije su se uzdizale i padale, zvijezde su nastajale i odumirale, dok je vrijeme tu od početka svemira. No, je li ono uistinu tako konstantno? Je li vrijeme zaista jednostavan prijelaz od jedne do druge sekunde? To ćemo otkriti u ovom članku.

Prije 13,7 milijardi godina nastao je svemir i od tada pa sve do danas postojalo je vrijeme. U razdoblju od nastanka svemira pa do danas došlo je do kreiranja ogromnih galaksija i širenja sveprisutnog svemira. Zapravo, prošlo je toliko vremena da mi nismo niti svjesni kratkoće našeg postojanja. Zemlja je stara oko 4,7 milijardi godina, ali moderni ljudi ju nastanjuju tek 400 000 godina. To je samo 0,003% od dosadašnjeg ‘životnog vijeka‘ svemira. Osjećate li već beznačajnim?

Ako je odgovor negativan, sjetite se da je naš životni vijek u astronomskim izrazima potpuno zanemariv. Naš životni vijek trebamo pomnožiti  s 150 000 kako bismo došli do starosti najmlađe zvijezde u svemiru.

U 17. stoljeću Newton je na vrijeme gledao kao na strijelu ispaljenu iz luka. Ona putuje u ravnoj liniji i nikada ne odstupa od svoje putanje. Za njega, jedna sekunda na Zemlji bila je ekvivalentna sekundi na Marsu, Jupiteru ili negdje u unutrašnjosti svemira. Vjerovao je kako se apsolutno kretanje ne može otkriti, što znači kako ništa u svemiru nema konstantnu brzinu. Primjenom ove teorije on je bio u stanju pretpostaviti da ukoliko brzina svjetlosti varira-onda vrijeme mora biti konstantno. Vrijeme se mora kretati od jedne do druge sekunde, bez variranja u dužini trajanja sekunde. Ovo objašnjenje zvuči logično i točno. Uostalom, svaki dan ima 24 sata,  ne postoje dani s 26 ili 22 sata.

Međutim, 1905. Albert Einstein ustanovio je kako je brzina svjetlosti konstantna (okvirno njena brzina je 299 792 458 metra po sekundi). Predložio je kako je vrijeme nalik toku rijeke, oscilira i teče  zbog učinaka gravitacije i prostor-vremena.  Vrijeme će ubrzati ili usporiti u blizini kozmoloških tijela s različitim masama i brzinama, te zbog toga jedna sekunda na Zemlji neće trajati jednako dugo na drugim mjestima u svemiru.

Ovo je predstavljalo svojevrstan problem. Ako je brzina svjetlosti konstanta, onda mora postojati neka varijabla koja se mijenja. Širenjem svemira, te kretanjem planeta i galaksija, nešto je moralo postojati  da bi objasnilo male fluktuacije koje nastaju. Ispostavilo se kako je ta varijabla upravo vrijeme.

Einsteinova teorija pokazala se točnom u izračunima. Kako bi još jednom ispitali točnost Einsteinove specijalne teorije relativnosti u listopadu 1971. su J.C.Hafele i Richard Keating ponijeli cezijske atomske satove i oko 40 sati s njima letjeli putničkim avionima. Nakon što se uračuna neznatne gravitacijske učinke, specijalna teorija relativnosti tvrdi da bi ukupno proteklo vrijeme na pokretnim atomskim satovima trebalo biti manje od vremena na stacionim satovima, i to za nekoliko stotina milijardinik sekunde. Hafele i Keating pronašli su upravo to: vrijeme se doista usporava na pokretnom satu.

KRETANJE VREMENA

Newton i Einstein složili su se oko jedne stvari – da se vrijeme kreće prema naprijed. Za sada ne postoje dokazi da bi bilo što u svemiru moglo izbjeći ovakvo kretanje i krenuti prema nazad. Sve se kreće prema naprijed, ali znamo li zašto je tako?

Ne baš, iako postoji nekoliko teorija.

Jedna od njih oslanja se na drugi zakon termodinamike koji kaže kako sve u svemiru teži kretanju iz niske u visoku entropiju, ili iz uniformnosti u nered.  Uzmimo za primjer Veliki prasak koji je iz jednostavnosti gotovo nasumičnim procesom stvorio galaksije kakve danas poznajemo. Ovaj proces je poznat kao „vremenska strijela“. Opisao ga je astronom Arthur Eddington koji je predložio kako vrijeme nije simetrično.

 „Ako slijedimo strijelu pronalazimo sve više nasumičnih elemenata. To znači da je strijela usmjerena prema budućnosti. No ukoliko se nasumični događaji smanjuju, strijela je onda usmjerena prema prošlosti,“ govori Eddington.

Na primjer, ako promatramo zvijezdu i vidimo da je doživjela supernovu – onda ćemo znati da se vrijeme kreće prema naprijed, odnosno prema kaosu.

Druga teorija predlaže kako do kretanja vremena dolazi zbog širenja svemira. Kako se svemir širi, on za sobom ‘povlači’ vrijeme budući da su prostor i vrijeme međusobno povezani. To znači da ukoliko bi svemir dosegao teoretski limit širenja i počeo sa sužavanjem – vrijeme bi promijenilo pravac. Bi li se vrijeme uistinu kretalo unazad? Bi li se iz stanja kaosa kretali unazad? Mala je vjerojatnost da ćemo odgovor saznati tijekom našega života, ali zato možemo pretpostavljati što bi se moglo dogoditi.

Nevjerojatan je napredak do kojega smo došli u razumijevanju vremena tijekom proteklih stotinu godina. Od prastarih pješčanih satova do modernih atomskih satova, danas možemo pratiti prolazak vremena preciznije nego ikada prije.

Vrijeme ostaje kompleksna tema, ali zahvaljujući znanstvenim vizionarima sve se više približavamo otključavanju tajni koje su još uvijek skrivene.

Izvori/dodatna čitanja:

Brian Greene, Elegantni svemir, Jesenski i Turk, 2012.

Imagine Puvlishing, How it Works Book of Amazing Answers to Curious Questions, 2011.