Защо времето се движи напред и никога назад?

Представете си, че имате размазано яйце на лицето си. Опитвали сте се да счупите няколко яйца наведнъж, но оплесквате нещата. Взимате душ и сменяте дрехите. Няма ли да е по-лесно и приятно ако можехте просто да върнете времето назад и яйцето да е цяло? За да го счупите ви отне секунда, защо не е възможно и обратното? Звучи абсурдно, но защо? Защо е невъзможно да го направим?

Все още няма фундаментален природен закон, който да ни предпазва от погрешни движения и да ни осигурява възможност за връщане на времето назад. Физиката ни казва, че всяко събитие в нашето ежедневие може да се случи на заден ход по всяко време. Така че, защо да не върнем яйцето? Защо нещата не се случват в обратна посока през цялото време? Защо изобщо бъдещето изглежда различно от миналото?

Въпросът изглежда лесен. Но за да отговорим, трябва да се върнем към раждането на Вселената. Като много физични истории, тази започва с Исак Нютон. През 1666 чумата го принуждава да напусне Университета в Кеймбридж и да се премести при майка си в провинцията Линкълншир. Отегчен и изолиран, Нютон се захваща с изучаване на физиката. Той написва три закона за движението, включително известната максима, че всяко действие има равно по сила противодействие. Освен това дава обяснение как работи гравитацията.

Законите на Нютон са удивително успешни за описване на света. Те обясняват защо ябълките падат от дърветата и защо Земята обикаля около Слънцето. Но имат странна особеност — работят също толкова добре напред, както и назад. Според законите на Нютон ако едно яйце се счупи, трябва да има възможност да се върне в обратното положение - цяло.

Очевидно това е грешно, но почти всяка теория, която физиците са открили след Нютон, има същия проблем. В нашия живот времето има стрелка, която винаги сочи към бъдещето. "Може да смесваме изток и запад, но не можем да смесим вчера и утре." — казва Шон Карол, физик от Калифорнийския технологичен институт в Пасадена. "Но основните закони на физиката не правят разлика между минало и бъдеще".

Първият човек, който изглежда се справя с този проблем е австрийският физик Лудвиг Болцман, който живее в края на 19 век. По това време, почти всички идеи, които излизат в публичното пространство са поставяни под съмнение и обсъждани. По-специално, физиците още не са твърдо убедени, колкото са днес, че всичко е съставено от малки частици, наречени атоми.

Болцман е убеден, че атомите наистина съществуват. И така, той започва да използва тази идея, за да обясни всички видове ежедневни неща, с които се сблъсква — пожари, работата на дробовете ни, сгорещяването на чая. Той прави всички тези изследвания, използвайки концепцията за атома. Много физици се впечатляват от работата на Болцман, но повечето от тях отхвърлят теорията му. Не след дълго е отлъчен от физиката, заради идеите си.

Малко след това физиците попадат на теория, наречена термодинамика, която описва "поведението" на топлината. Тя например описва как един хладилник може да задържи храната студена в един горещ ден. Противниците на Болцман твърдят, че топлината е просто топлина и не може да се опише по други начини. Но той им показва, че грешат. Той смята, че топлината е причинена от хаотично движение на атоми, и че термодинамиката може да обясни тези условия. Болцман е абсолютно прав, но ще прекара целия си живот в опити да убеди останалия свят в правотата си.

Той се опитва да обясни явлението "ентропия". Според термодинамиката, всеки предмет има определена ентропия и всеки път, когато нещо се случи с него, размерът на ентропията се увеличава. Например, ако поставите кубчета лед в чаша и ги оставите на стайна температура, те ще се стопят, следователно ентропията им ще нарасне. Колегите на Болцман отново не се съгласяват с твърденията му и неудовлетворен, той започва да търси начини, по които да им обясни и докаже теорията си. Той открива радикално ново разбиране за ентропията — откритие толкова важно, че е гравирано на надгробния му камък.

Той установява, че ентропията измерва броя на начините, които атомите и енергиите им могат да бъдат наредени. Когато ентропията се увеличава, тогава атомите стават по-гъсто струпани. Според него това е причината леда да се топи и превръща във вода. Когато ледът е в течно състояние — вода, има много повече начини, по които атомите да се подредят. Може да звучи странно, но идеите на Болцман изглежда могат да обяснят стрелата на времето. Ученият обяснява защо тя постоянно нараства. Което от своя страна предполага защо ние винаги възприемаме, че времето се движи напред. Ако Вселената като цяло се движи от ниска към висока ентропия, то тогава ние никога няма да видим как едно събитие се случва на обратно.

Няма да успеем да видим яйцето цяло, защото има много начини, по които могат да се подредят парчетата на яйцето, когато е счупено, отколкото когато е цяло. Определението на Болцман за ентропията дори обяснява защо можем да си спомним миналото, но не и бъдещето. Представете си обратното — имате спомен за някое събитие, след това то се случва и паметта ви изчезва. Според него, бъдещето се различава от миналото, защото ентропията се увеличава. Но опонентите му и този път посочват недостатък в идеите му.

Ученият твърди, че ентропията нараства, когато отиваме в бъдещето, заради вероятностите, които управляват поведението на атомите. Но от друга страна, тези атоми се подчиняват на основните закони на физиката, за които както казахме, няма минало и бъдеще. Защо времето има стрела? Ако следваме тези основни физични закони, бихме могли да обърнем твърдението на Болцман на обратно — щом ентропията се увеличава, когато отиваме в бъдещето, може да твърдим, че се увеличава и когато отиваме в миналото.

Болцман открива невероятни неща, но не успява да отговори на много въпроси. През 1906 година той се самоубива по време на семейна ваканция. Самоубийството му е особено трагично, особено заради факта, че десетилетие по-късно физиците признават идеите му за атома. Нещо повече, в следващите десетилетия, нови открития предполагат, че неговото обяснение за миналото е най-точната теория.

През 20 век хипотезата ни за Вселената се променя радикално. Открихме, че тя има начало. Вселената започва като една безкрайно малка точка, която избухва. По времето на Болцман повечето физици вярват, че Вселената е вечна — тя винаги е съществувала. Но през 1920 астрономите откриват, че галактиките са плаващи части. Разбраха, че Вселената се разширява, което означава, че всичко в Космоса някога е било едно цяло. Това само по себе си означава, че в началото ентропията е била ниска, а впоследствие се увеличава след Големия взрив. Много учени обаче казват: "Ок ентропията е била ниска, но ЗАЩО?"

Огромна космическа експлозия не звучи като нещо с ниска ентропия. Има много начини за пренареждане на материята и енергията във Вселената. Има друга идея, която твърди, че има още нещо преди Големия взрив. Възможно ли е това?

Съвременната физика разчита на две основни теории — квантовата механика обяснява поведението на малките частици като атомите, а общата теория на относителността описва тежките неща, като звездите. Но двете не могат да се съчетаят. Така, че ако има нещо, което е малко, но тежко като Вселената малко преди Големия взрив, физиците не могат да го обяснят. За да опишат създаването на Вселента ни е нужна "теория на всичко".

За сега, надеждата ни остава най-голямата машина — Големият адронен колайдер (LHC). Това е ускорител на частици, който се движи в 27 километров кръг на границата на Франция и Швейцария. Той разбива протони почти със скоростта на светлината. Феноменалната енергия на тези сблъсъци създава нови частици. С малко късмет, LHC ще създаде нови фундаментални частици, които ще посочат пътя към теорията на всичко. Отнема много време за ускорителя да събере информацията и да я обработи, но направи ли го веднъж, ще имаме възможност да разберем защо не можем да върнем онова яйце в предишното му състояние.

Източник: www.bbc.com