ΤΟ ΒΗΜΑ/New Scientist 31/12/2011
Άλλοτε τρέχει, άλλοτε κυλά και μερικές φορές σταματά. Τον μετράμε, τον χάνουμε και συχνά θα θέλαμε να είχαμε περισσότερο. Ο χρόνος μοιάζει κάτι τόσο φυσικό ώστε συνήθως ξεχνάμε πόσο παράξενη είναι αυτή η έννοια. Οσο πιο πολλά μας αποκαλύπτονται από την επιστήμη γι’ αυτόν τόσο πιο αλλόκοτος μας φαίνεται. Πώς ξεκίνησε; Γιατί κυλάει μόνο προς μία κατεύθυνση; Είναι πραγματικός ή αποκύημα της φαντασίας μας; Μπορούμε να ταξιδέψουμε στον χρόνο; Πώς τον αντιλαμβάνεται το σώμα και το μυαλό μας; Πώς τον μετρούν τα κράτη της Γης και οι επιστήμονες; Και μήπως κάποτε μας τελειώσει πραγματικά; Στις επόμενες σελίδες θα βρείτε απαντήσεις για το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον της πιο αινιγματικής διάστασης.
ΠΩΣ ΓΕΝΝΗΘΗΚΕ Ο ΧΡΟΝΟΣ
του Stuart Clark
Τι είναι ο χρόνος; Το ερώτημα έχει απασχολήσει μερικά από τα μεγαλύτερα μυαλά – από τους αρχαίους φιλοσόφους ως τους επιστήμονες του Διαφωτισμού και ακόμη παραπέρα.
Παρ’ όλα αυτά, ύστερα από χιλιετίες στοχασμού και επιστημονικής προόδου η συναίνεση γύρω από τη φύση του χρόνου δεν έχει επιτευχθεί. «Μπορούμε να αναγνωρίσουμε τον χρόνο αλλά δεν τον καταλαβαίνουμε» λέει ο φιλόσοφος Τζούλιαν Μπάρμπουρ. «Είναι αξιοσημείωτο ότι υπάρχει τόσο μικρή συμφωνία σχετικά με το τι είναι ο χρόνος, ή ακόμη και σχετικά με το πώς πρέπει να διερευνήσουμε μια απάντηση σε αυτό».
Αυτό ίσως συμβαίνει επειδή η βαθιά κατανόηση του χρόνου αποδείχθηκε σχεδόν περιττή για την πρόοδό μας. Στη Φυσική, για παράδειγμα, οι νόμοι του Νεύτωνος για την κίνηση, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν και η Κβαντική Θεωρία δεν απαιτούν από εμάς να γνωρίζουμε τη φύση του χρόνου για να τις κάνουμε να λειτουργήσουν. Ακόμη και οι ωρολογοποιοί δεν χρειάζεται να καταλαβαίνουν τον χρόνο. Τα ρολόγια, παρ’ όλα αυτά, μας δίνουν μια ένδειξη ως προς το πού θα πρέπει να επικεντρώσουμε τις προσπάθειές μας, επειδή ένα ρολόι χρειάζεται κάποιο είδος κινούμενου τμήματος για να εκτιμήσει την πάροδο του χρόνου. Αυτό μπορεί να είναι το τικ-τακ ενός εκκρουστήρα, οι παλμοί ενός κρυστάλλου χαλαζία ή η εκτόξευση ενός σωματιδίου από ένα ραδιενεργό άτομο – με τον έναν ή με τον άλλον τρόπο θα πρέπει να υπάρχει κίνηση.
Χρόνος και αλλαγή
Όταν κάτι κινείται, αλλάζει. Ετσι τα ρολόγια μάς λένε ότι ο χρόνος είναι άρρηκτα συνδεδεμένος κατά κάποιον τρόπο με την αλλαγή. Αυτό όμως μας φέρνει μόνο ως εδώ. Από αυτό το σημείο υπάρχουν δύο πιθανές οδοί οι οποίες οδηγούν σε εντελώς αντίθετες απόψεις του χρόνου.
Η πρώτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ο χρόνος είναι μια πραγματική, θεμελιώδης ιδιότητα του Σύμπαντος. Οπως ο χώρος ή η μάζα, υπάρχει από μόνος του. Παρέχει το πλαίσιο μέσα στο οποίο συντελούνται τα γεγονότα. Αυτή ήταν η άποψη που υιοθέτησε ο Ισαάκ Νεύτων, ο οποίος θεώρησε ότι για να ποσοτικοποιήσεις την κίνηση πρέπει να θεωρήσεις ότι ο χρόνος είναι τόσο στέρεος όσο οι τοίχοι ενός σπιτιού. Μόνο τότε μπορείς να μετρήσεις σε πόση απόσταση και πόσο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο.
Ο Αϊνστάιν κατήργησε αυτή τη «στέρεη» αντίληψη δείχνοντας ότι ο χρόνος κυλάει με διαφορετικό ρυθμό σε εξάρτηση με την κίνηση του παρατηρητή και την ένταση της έλξης που ασκεί σε αυτόν η βαρύτητα. Η θεωρία του εγκαταλείπει την αντίληψη ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι αυθύπαρκτοι και φθάνει μάλιστα ως το σημείο να δηλώσει ότι «ο χρόνος δεν είναι παρά μια πεισματικά επίμονη ψευδαίσθηση». Παρ’ όλα αυτά ο χωροχρόνος μπορεί να προσφέρει ένα χρήσιμο πλαίσιο αναφοράς για να μετρήσουμε το Σύμπαν – ή, όπως γράφει ο φυσικός Μπράιαν Γκριν στο βιβλίο του «The Fabric of the Cosmos», «ο χωροχρόνος είναι κάτι».
Η δεύτερη οδός οδηγεί στην ιδέα ότι η αλλαγή είναι η θεμελιώδης ιδιότητα του Σύμπαντος και ότι ο χρόνος προκύπτει από τις νοητικές προσπάθειές μας να οργανώσουμε τον μεταβαλλόμενο κόσμο που βλέπουμε γύρω μας. Ο μεγάλος αντίπαλος του Νεύτωνος, ο Γκότφριντ Λάιμπνιτς, προτιμούσε αυτό το είδος ερμηνείας, το οποίο υποδηλώνει ότι ο χρόνος δεν είναι πραγματικός αλλά δημιουργείται μέσα στον εγκέφαλό μας. Βρισκόμαστε λοιπόν απέναντι σε ένα μεγάλο αίνιγμα: είναι ο χρόνος πραγματικός;
Υπάρχει ο χρόνος;
Οι φυσικοί και οι φιλόσοφοι εξακολουθούν να βρίσκονται σε πολύ μεγάλη αντιπαράθεση σχετικά με αυτό το ζήτημα, το οποίο η Κβαντομηχανική μπερδεύει ακόμη περισσότερο. Μια από τις βασικές αιτίες είναι ότι οι απαντήσεις που θα δοθούν θα μπορούσαν να μας οδηγήσουν σε μια «θεωρία των πάντων» η οποία θα εξηγεί όλα τα σωμάτια και τις δυνάμεις της Φύσης.
Υπάρχει όμως και ένα άλλο ερώτημα που ελλοχεύει. Αν ο χρόνος είναι πραγματικός, από πού προήλθε; Ως πρόσφατα οι περισσότεροι φυσικοί θεωρούσαν ότι δημιουργήθηκε στη Μεγάλη Εκρηξη, όταν γεννήθηκαν η ύλη, η ενέργεια και το ίδιο το Διάστημα. Οποιαδήποτε αντίληψη ότι ο χρόνος υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Εκρηξη θεωρείτο λανθασμένη. Σήμερα ωστόσο δεν είναι και τόσο βέβαιοι. «Δεν έχουμε λόγο να ισχυριστούμε ότι το Σύμπαν και ο χρόνος ξεκίνησαν στη Μεγάλη Εκρηξη και ότι δεν είχαν κάποιο είδος προϊστορίας» λέει ο Σον Κάρολ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας στην Πασαντίνα. «Και οι δύο επιλογές βρίσκονται εξίσου στο τραπέζι και προσωπικά είμαι υπέρ της ιδέας ότι το Σύμπαν διαρκεί από πάντα».
Οι θεωρίες των χορδών είναι αυτές που οδήγησαν σε αυτή την επανεκτίμηση των πραγμάτων. Σε αυτές τις υποθετικές προεκτάσεις της θεμελιώδους Φυσικής, η πραγματικότητα αποτελείται από περισσότερες διαστάσεις από τις γνωστές μας τέσσερις. Αν και δεν μπορούμε να αντιληφθούμε άμεσα αυτές τις άλλες σφαίρες, προσφέρουν χώρους για την ύπαρξη εναλλακτικών συμπάντων. Τα σύμπαντα αυτά βλασταίνουν το ένα μέσα από το άλλο σε μια διαρκή αλληλουχία μεγάλων εκρήξεων, κάτι το οποίο σημαίνει ότι το Σύμπαν μας γεννήθηκε από κάποιο άλλο και άρα ο χρόνος υπήρχε πριν από τη δική μας Μεγάλη Εκρηξη.
Η απάντηση στην ακτινοβολία υποβάθρου
Τα προηγούμενα σύμπαντα ενδέχεται να έχουν αφήσει ενδείξεις της ύπαρξής τους μέσα στο δικό μας. Το 2008 ο κ. Κάρολ και οι συνάδελφοί του υποστήριξαν ότι ιδιομορφίες που παρατηρούνται στην ακτινοβολία που έχει αφήσει πίσω της η Μεγάλη Εκρηξη ίσως αποτελούν την «υπογραφή» προηγούμενων συμπάντων. Πέρυσι ο Ρότζερ Πένροουζ του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και ο Βάχε Γκουρζαντιάν του Πανεπιστημίου του Γερεβάν στην Αρμενία προχώρησαν ακόμη περισσότερο και υποστήριξαν ότι τα κυκλικά μοτίβα σε αυτή την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB) αποτελούν ένδειξη πρότερων συμπάντων και μεγάλων εκρήξεων. Θα έχουμε μια ευκαιρία να τεστάρουμε αυτές τις ιδέες σε λίγα χρόνια, όταν ο δορυφόρος Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) θα ολοκληρώσει τον χάρτη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου.
Προς το παρόν απλώς δεν υπάρχει τρόπος να ξεφύγουμε από τη σατανική δυσκολία αυτών των ερωτημάτων, ούτε να μπορέσουμε να συλλάβουμε το βάθος που θα προσφέρουν κάποτε οι απαντήσεις τους στις γνώσεις μας. Τώρα, περισσότερο από ποτέ, θα πρέπει να παραδεχθούμε την άγνοιά μας σχετικά με τον χρόνο.
Παρ’ όλα αυτά, ύστερα από χιλιετίες στοχασμού και επιστημονικής προόδου η συναίνεση γύρω από τη φύση του χρόνου δεν έχει επιτευχθεί. «Μπορούμε να αναγνωρίσουμε τον χρόνο αλλά δεν τον καταλαβαίνουμε» λέει ο φιλόσοφος Τζούλιαν Μπάρμπουρ. «Είναι αξιοσημείωτο ότι υπάρχει τόσο μικρή συμφωνία σχετικά με το τι είναι ο χρόνος, ή ακόμη και σχετικά με το πώς πρέπει να διερευνήσουμε μια απάντηση σε αυτό».
Αυτό ίσως συμβαίνει επειδή η βαθιά κατανόηση του χρόνου αποδείχθηκε σχεδόν περιττή για την πρόοδό μας. Στη Φυσική, για παράδειγμα, οι νόμοι του Νεύτωνος για την κίνηση, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν και η Κβαντική Θεωρία δεν απαιτούν από εμάς να γνωρίζουμε τη φύση του χρόνου για να τις κάνουμε να λειτουργήσουν. Ακόμη και οι ωρολογοποιοί δεν χρειάζεται να καταλαβαίνουν τον χρόνο. Τα ρολόγια, παρ’ όλα αυτά, μας δίνουν μια ένδειξη ως προς το πού θα πρέπει να επικεντρώσουμε τις προσπάθειές μας, επειδή ένα ρολόι χρειάζεται κάποιο είδος κινούμενου τμήματος για να εκτιμήσει την πάροδο του χρόνου. Αυτό μπορεί να είναι το τικ-τακ ενός εκκρουστήρα, οι παλμοί ενός κρυστάλλου χαλαζία ή η εκτόξευση ενός σωματιδίου από ένα ραδιενεργό άτομο – με τον έναν ή με τον άλλον τρόπο θα πρέπει να υπάρχει κίνηση.
Χρόνος και αλλαγή
Όταν κάτι κινείται, αλλάζει. Ετσι τα ρολόγια μάς λένε ότι ο χρόνος είναι άρρηκτα συνδεδεμένος κατά κάποιον τρόπο με την αλλαγή. Αυτό όμως μας φέρνει μόνο ως εδώ. Από αυτό το σημείο υπάρχουν δύο πιθανές οδοί οι οποίες οδηγούν σε εντελώς αντίθετες απόψεις του χρόνου.
Η πρώτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ο χρόνος είναι μια πραγματική, θεμελιώδης ιδιότητα του Σύμπαντος. Οπως ο χώρος ή η μάζα, υπάρχει από μόνος του. Παρέχει το πλαίσιο μέσα στο οποίο συντελούνται τα γεγονότα. Αυτή ήταν η άποψη που υιοθέτησε ο Ισαάκ Νεύτων, ο οποίος θεώρησε ότι για να ποσοτικοποιήσεις την κίνηση πρέπει να θεωρήσεις ότι ο χρόνος είναι τόσο στέρεος όσο οι τοίχοι ενός σπιτιού. Μόνο τότε μπορείς να μετρήσεις σε πόση απόσταση και πόσο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο.
Ο Αϊνστάιν κατήργησε αυτή τη «στέρεη» αντίληψη δείχνοντας ότι ο χρόνος κυλάει με διαφορετικό ρυθμό σε εξάρτηση με την κίνηση του παρατηρητή και την ένταση της έλξης που ασκεί σε αυτόν η βαρύτητα. Η θεωρία του εγκαταλείπει την αντίληψη ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι αυθύπαρκτοι και φθάνει μάλιστα ως το σημείο να δηλώσει ότι «ο χρόνος δεν είναι παρά μια πεισματικά επίμονη ψευδαίσθηση». Παρ’ όλα αυτά ο χωροχρόνος μπορεί να προσφέρει ένα χρήσιμο πλαίσιο αναφοράς για να μετρήσουμε το Σύμπαν – ή, όπως γράφει ο φυσικός Μπράιαν Γκριν στο βιβλίο του «The Fabric of the Cosmos», «ο χωροχρόνος είναι κάτι».
Η δεύτερη οδός οδηγεί στην ιδέα ότι η αλλαγή είναι η θεμελιώδης ιδιότητα του Σύμπαντος και ότι ο χρόνος προκύπτει από τις νοητικές προσπάθειές μας να οργανώσουμε τον μεταβαλλόμενο κόσμο που βλέπουμε γύρω μας. Ο μεγάλος αντίπαλος του Νεύτωνος, ο Γκότφριντ Λάιμπνιτς, προτιμούσε αυτό το είδος ερμηνείας, το οποίο υποδηλώνει ότι ο χρόνος δεν είναι πραγματικός αλλά δημιουργείται μέσα στον εγκέφαλό μας. Βρισκόμαστε λοιπόν απέναντι σε ένα μεγάλο αίνιγμα: είναι ο χρόνος πραγματικός;
Υπάρχει ο χρόνος;
Οι φυσικοί και οι φιλόσοφοι εξακολουθούν να βρίσκονται σε πολύ μεγάλη αντιπαράθεση σχετικά με αυτό το ζήτημα, το οποίο η Κβαντομηχανική μπερδεύει ακόμη περισσότερο. Μια από τις βασικές αιτίες είναι ότι οι απαντήσεις που θα δοθούν θα μπορούσαν να μας οδηγήσουν σε μια «θεωρία των πάντων» η οποία θα εξηγεί όλα τα σωμάτια και τις δυνάμεις της Φύσης.
Υπάρχει όμως και ένα άλλο ερώτημα που ελλοχεύει. Αν ο χρόνος είναι πραγματικός, από πού προήλθε; Ως πρόσφατα οι περισσότεροι φυσικοί θεωρούσαν ότι δημιουργήθηκε στη Μεγάλη Εκρηξη, όταν γεννήθηκαν η ύλη, η ενέργεια και το ίδιο το Διάστημα. Οποιαδήποτε αντίληψη ότι ο χρόνος υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Εκρηξη θεωρείτο λανθασμένη. Σήμερα ωστόσο δεν είναι και τόσο βέβαιοι. «Δεν έχουμε λόγο να ισχυριστούμε ότι το Σύμπαν και ο χρόνος ξεκίνησαν στη Μεγάλη Εκρηξη και ότι δεν είχαν κάποιο είδος προϊστορίας» λέει ο Σον Κάρολ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας στην Πασαντίνα. «Και οι δύο επιλογές βρίσκονται εξίσου στο τραπέζι και προσωπικά είμαι υπέρ της ιδέας ότι το Σύμπαν διαρκεί από πάντα».
Οι θεωρίες των χορδών είναι αυτές που οδήγησαν σε αυτή την επανεκτίμηση των πραγμάτων. Σε αυτές τις υποθετικές προεκτάσεις της θεμελιώδους Φυσικής, η πραγματικότητα αποτελείται από περισσότερες διαστάσεις από τις γνωστές μας τέσσερις. Αν και δεν μπορούμε να αντιληφθούμε άμεσα αυτές τις άλλες σφαίρες, προσφέρουν χώρους για την ύπαρξη εναλλακτικών συμπάντων. Τα σύμπαντα αυτά βλασταίνουν το ένα μέσα από το άλλο σε μια διαρκή αλληλουχία μεγάλων εκρήξεων, κάτι το οποίο σημαίνει ότι το Σύμπαν μας γεννήθηκε από κάποιο άλλο και άρα ο χρόνος υπήρχε πριν από τη δική μας Μεγάλη Εκρηξη.
Η απάντηση στην ακτινοβολία υποβάθρου
Τα προηγούμενα σύμπαντα ενδέχεται να έχουν αφήσει ενδείξεις της ύπαρξής τους μέσα στο δικό μας. Το 2008 ο κ. Κάρολ και οι συνάδελφοί του υποστήριξαν ότι ιδιομορφίες που παρατηρούνται στην ακτινοβολία που έχει αφήσει πίσω της η Μεγάλη Εκρηξη ίσως αποτελούν την «υπογραφή» προηγούμενων συμπάντων. Πέρυσι ο Ρότζερ Πένροουζ του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και ο Βάχε Γκουρζαντιάν του Πανεπιστημίου του Γερεβάν στην Αρμενία προχώρησαν ακόμη περισσότερο και υποστήριξαν ότι τα κυκλικά μοτίβα σε αυτή την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB) αποτελούν ένδειξη πρότερων συμπάντων και μεγάλων εκρήξεων. Θα έχουμε μια ευκαιρία να τεστάρουμε αυτές τις ιδέες σε λίγα χρόνια, όταν ο δορυφόρος Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) θα ολοκληρώσει τον χάρτη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου.
Προς το παρόν απλώς δεν υπάρχει τρόπος να ξεφύγουμε από τη σατανική δυσκολία αυτών των ερωτημάτων, ούτε να μπορέσουμε να συλλάβουμε το βάθος που θα προσφέρουν κάποτε οι απαντήσεις τους στις γνώσεις μας. Τώρα, περισσότερο από ποτέ, θα πρέπει να παραδεχθούμε την άγνοιά μας σχετικά με τον χρόνο.
