Vreme ne postoji

Izgleda da ovo nije vreme za ozbiljne tekstove. Svi su preopterećeni izborima, politika opet uzima primat nad zdravim razumom ili je pravilnije reći samo razumom. Ali dan nakon izbora, kao i dan pre izbora, fizika se neće promeniti, nauka se neće promeniti.

 

Postoje stvari koje čovek koristi čitavog života bez ikakve potrebe da razmišlja šta su. Vazduh je tu da ga dišemo, zemlja da po njoj hodamo, a vreme da proverimo koliko kasnimo. Problem nastaje kada neko postavi naizgled detinjasto pitanje: šta je zapravo vreme? Odgovor deluje očigledno sve dok ne pokušamo da ga izgovorimo. Možemo reći da je vreme ono što meri sat, ali to je otprilike kao kada bismo rekli da je temperatura ono što pokazuje termometar. Sat nam govori koliko je vremena prošlo između dva događaja, ali nam ne govori šta je ono što je prošlo. Još gore, savremena fizika ostavlja sasvim ozbiljnu mogućnost da ništa nije ni „prošlo“ u smislu u kojem to svakodnevno zamišljamo.

Čovek bi očekivao da su takvu neprijatnost otkrili fizičari negde početkom dvadesetog veka, verovatno posle nekoliko tabli prekrivenih jednačinama. Međutim, probleme je počeo da pravi Zenon iz Eleje pre skoro dve i po hiljade godina. Njegova strela leti prema meti, ali ako je posmatramo u jednom jedinom trenutku, ona se nalazi na tačno određenom mestu. U tom trenutku ne prelazi nikakvu udaljenost. U sledećem trenutku ponovo se nalazi na određenom mestu. Ako je vreme sastavljeno od takvih trenutaka, pitao se Zenon, gde se tačno nalazi kretanje? Kako beskonačan niz nepokretnih slika može da proizvede strelu koja leti?

Danas znamo odgovor koji Zenon nije mogao da zna. Matematička analiza nam omogućava da definišemo trenutnu brzinu kao graničnu vrednost promene položaja kada vremenski interval teži nuli. Strela zato može imati brzinu u određenom trenutku iako sam matematički trenutak nema trajanje. Paradoks više nije pretnja mehanici i niko zbog Zenona nije zatvorio strelišta. Ipak, iza njegove logičke zamke ostalo je mnogo dublje pitanje: da li je vreme zaista kontinuirano? Možemo li sekundu deliti na polovinu, pa tu polovinu ponovo na polovinu, i tako beskonačno, ili negde postoji najmanja moguća vremenska struktura?

Tu se često priziva Planckovo vreme, oko \(5,4\times10^{-44}\) sekundi, ali popularna nauka ume od njega da napravi nešto što ono nije. Planckovo vreme nije dokazani „najkraći trenutak“ niti frejm iz kojeg je sastavljen kosmički film. Ono označava skalu na kojoj očekujemo da više ne možemo ignorisati kvantnu prirodu gravitacije. Da li je prostor-vreme na toj skali kontinuirano, diskretno ili je samo pitanje pogrešno postavljeno, još ne znamo. Zenonova strela, dakle, sasvim uredno stiže do mete, ali je pitanje kroz kakvu strukturu prostor-vremena putuje ostalo otvoreno.

Mnogo vekova kasnije filozof John McTaggart odlučio je da napadne problem sa druge strane. Njega nije zanimalo koliko je vreme sitno iseckano, već zašto događaje delimo na prošle, sadašnje i buduće. Danas pijem kafu, juče sam je pio, sutra ću je piti. Isti događaj najpre je budući, zatim sadašnji, a onda prošli. McTaggart je taj način opisivanja nazvao A-serijom. Nasuprot tome možemo reći da se jedan događaj dogodio pre drugog, a drugi pre trećeg. To je njegova B-serija. U njoj ne postoji privilegovano „sada“, već samo odnosi ranije i kasnije.

McTaggart je smatrao da A-serija sadrži kontradikciju i iz toga izvukao prilično spektakularan zaključak da vreme nije realno. Nije time dokazao da vreme ne postoji, mada internet naročito voli da filozofske argumente pretvara u nešto nalik laboratorijskom nalazu. Njegov argument je osporavan više od jednog veka. Ali dogodilo se nešto što McTaggart teško da je mogao očekivati: fizika je gotovo istovremeno počela ozbiljno da podriva upravo naš intuitivni pojam sadašnjosti.

 

Kriv je Einstein

U Newtonovom univerzumu bilo je sasvim prirodno zamišljati veliki kosmički časovnik. Postoji jedno vreme koje neumoljivo teče svuda, od Londona do Andromede, bez obzira na to šta bilo ko radi. Einsteinova specijalna relativnost uništila je tu udobnu sliku. Dva događaja koja su istovremena za jednog posmatrača ne moraju biti istovremena za drugog koji se u odnosu na njega kreće. Nije reč o tome da svetlost kasni do njihovih očiju. Čak i kada uračunamo vreme potrebno svetlosti da stigne do posmatrača, simultanost udaljenih događaja zavisi od referentnog sistema.

To proizvodi čudnu posledicu koju svakodnevni jezik veoma dobro skriva. Možemo bez problema pitati šta se sada događa u susednoj sobi. Ali pitanje šta se „upravo sada“ događa na planeti udaljenoj nekoliko miliona svetlosnih godina nema isti apsolutni fizički smisao. Univerzum nema ogromnu sekundaru koja prelazi preko svih galaksija i označava jedinstveni trenutak sadašnjosti. Svaki put kada kažemo „ceo univerzum sada“, u rečenicu smo neprimetno ubacili Newtona, iako smo ga iz fizike iselili pre više od jednog veka.

Iz relativnosti je nastala mnogo neobičnija slika stvarnosti. Prostor i vreme više nisu dve potpuno odvojene pozornice, već jedinstveno četvorodimenzionalno prostor-vreme. Događaj se ne određuje samo pitanjem gde se dogodio nego i kada se dogodio. Vaše rođenje, ovaj trenutak u kojem čitate tekst i neki događaj za dvadeset godina mogu se posmatrati kao različite tačke vaše putanje kroz prostor-vreme, onoga što fizičari nazivaju svetskom linijom.

Tu se pojavljuje ideja blok-univerzuma. Zamislimo filmsku traku na kojoj se nalaze svi kadrovi nekog filma. Junak u jednom kadru ima deset godina, u drugom četrdeset, u trećem osamdeset. Kada gledamo film, događaji nam se pojavljuju jedan za drugim i imamo utisak da priča napreduje. Ali sama filmska traka sadrži sve kadrove. Analogija nije savršena, nijedna dobra fizička analogija nije, ali daje naslutiti šta eternalizam tvrdi: prošlost, sadašnjost i budućnost mogu biti delovi jedne četvorodimenzionalne strukture, dok je posebno mesto koje pridajemo sadašnjosti možda osobina našeg iskustva, a ne kosmosa.

Relativnost to ne dokazuje. Fizika nije eksperimentalno ustanovila da vaš ručak sledećeg četvrtka već negde čeka da ga pojedete. Block universe je interpretacija strukture koju relativnost opisuje, ali je dovoljno ozbiljna da problem više ne možemo odbaciti kao filozofsku zabavu. Ako ne postoji univerzalno sada, onda moramo objasniti zašto nama izgleda toliko očigledno da samo sadašnjost zaista postoji.

A taman kada pomislimo da je problem dovoljno komplikovan, pojavljuje se kvantna mehanika, jer je dvadeseti vek očigledno smatrao da fizika još nije dovoljno uvredila zdrav razum.

Dve čestice mogu biti pripremljene u zajedničkom kvantnom stanju tako da njihove osobine ostanu povezane i kada ih razdvojimo. Kada izvršimo merenja, pojavljuju se korelacije koje ne možemo objasniti jednostavnom slikom u kojoj svaka čestica od početka nosi skriveni spisak odgovora. Bellove nejednakosti i decenije eksperimenata pokazali su da priroda zaista odbija da se ponaša onako kako bi pristojna klasična fizika zahtevala.

 

Kvantna spregnutost

Na ovom mestu popularni tekstovi obično objave da informacija trenutno putuje između dve čestice, zatim da je brzina svetlosti pobeđena, a još nekoliko pasusa kasnije već imamo telepatiju, putovanje kroz vreme i video o tome šta „naučnici ne žele da znate“. Stvarnost je istovremeno manje spektakularna i mnogo zanimljivija. Kvantna spregnutost ne omogućava da pošaljemo kontrolisanu poruku brže od svetlosti. Rezultat pojedinačnog merenja je slučajan. Tek kada kasnije klasičnim putem uporedimo rezultate dva posmatrača, otkrivamo korelaciju.

Zato spregnutost ne dokazuje da vreme nestaje niti da uzrok može slobodno putovati unazad kroz vreme. Ona pokazuje nešto dovoljno čudno i bez dodatne mistike: klasična predstava sveta kao skupa potpuno nezavisnih lokalnih objekata sa unapred određenim osobinama nije dovoljna da opiše kvantnu prirodu.

Pravi problem sa vremenom u kvantnoj fizici nalazi se drugde i mnogo je ozbiljniji. Opšta relativnost i kvantna mehanika, dve izuzetno uspešne teorije, tretiraju vreme na različite načine. U kvantnoj mehanici vreme obično služi kao parametar prema kojem se stanje sistema menja. U opštoj relativnosti vreme je deo same dinamičke geometrije prostor-vremena. Kada pokušamo da napravimo kvantnu teoriju gravitacije, te dve predstave više ne naležu lepo jedna na drugu. U nekim formulacijama kvantne kosmologije, poput Wheeler-DeWittove jednačine, vreme kakvo poznajemo čak nestaje iz fundamentalne jednačine. Fizičari zato sasvim ozbiljno govore o „problemu vremena“.

Moguće je, dakle, da vreme koje doživljavamo nije fundamentalno svojstvo sveta. Možda nastaje iz dubljih odnosa između fizičkih sistema, slično načinu na koji temperatura nastaje iz kolektivnog ponašanja ogromnog broja čestica. Jedan molekul nema temperaturu u istom smislu u kojem je ima šolja kafe. Možda ni univerzum na svom najdubljem nivou nema vreme u onom smislu u kojem ga imaju naš sat, kalendar i ponedeljak u osam ujutru.

Ali tada se pojavljuje očigledan prigovor. Ako vreme možda ne „teče“, zašto je naše iskustvo njegovog toka toliko brutalno ubedljivo? Zašto pamtimo detinjstvo, a ne starost koja tek dolazi? Zašto se jaje može pretvoriti u kajganu, ali kajgana nikada spontano ne skoči sa tanjira, sastavi ljusku oko sebe i vrati se pod kokošku?

Entropija

Ogroman broj mikroskopskih zakona fizike mnogo je manje zainteresovan za razliku između prošlosti i budućnosti nego što smo mi. Međutim, kada posmatramo veliki broj čestica, pojavljuje se statistička zakonitost: entropija izolovanog sistema teži rastu. Postoji neuporedivo više neuređenih mikrostanja nego posebno uređenih. Parfem se zato širi po sobi, toplota prelazi sa toplijeg tela na hladnije, razbijena čaša ostaje razbijena. Obrnuti procesi nisu nužno zabranjeni svakom mikroskopskom jednačinom, već su za makroskopske sisteme nezamislivo malo verovatni.

Tako dobijamo termodinamičku strelu vremena. Tragovi prošlosti postoje upravo zato što su i oni fizički sistemi. Fotografija, fosil, ožiljak i promenjena neuronska veza u mozgu posledice su procesa koji su se odvijali u istom termodinamičkom smeru. Zato imamo sećanja na juče, a ne na sutra. Naš psihološki smer vremena i termodinamički smer sveta očigledno su duboko povezani.

Međutim, ni time nismo rešili problem. Samo smo ga preselili nekoliko milijardi godina unazad. Ako entropija danas raste, univerzum je u prošlosti morao biti u stanju niže entropije. A kada pratimo priču sve do ranog univerzuma, nailazimo na jedno od najdubljih pitanja kosmologije: zašto je početno stanje kosmosa bilo toliko posebno da je omogućilo nastanak strele vremena? Drugi zakon termodinamike lepo objašnjava šta se događa kada krenemo iz takvog stanja. Mnogo je teže objasniti zašto smo iz njega uopšte krenuli.

I tako smo, pokušavajući da odgovorimo na banalno pitanje šta je vreme, prošli od Zenonove strele preko Einsteina i kvantne spregnutosti do početka univerzuma, a odgovor još nemamo. Ali upravo tu postoji važna razlika između nauke i pseudonauke. Pseudonauka na nepoznato gleda kao na priliku da izmisli odgovor. Nauka na nepoznato gleda kao na problem koji tek treba rešiti.

Možda će buduća teorija kvantne gravitacije pokazati da je vreme fundamentalno. Možda će pokazati da je emergentno, da se pojavljuje tek kada dublja bezvremena struktura dostigne određeni nivo složenosti. Možda ćemo otkriti da su i jedno i drugo samo nespretne kategorije koje je ljudski mozak razvio živeći među izlascima Sunca, godišnjim dobima i rokovima za plaćanje računa.

Za sada znamo nešto možda još zanimljivije. Vreme nije jednostavna pozadina na kojoj se univerzum događa. Brzina utiče na njega. Gravitacija utiče na njega. Ne postoji univerzalna sadašnjost za ceo kosmos. Njegov smer povezan je sa entropijom, a njegovo mesto u kvantnoj gravitaciji još nije jasno. Ono što nama izgleda kao najprirodnija stvar na svetu pokazalo se kao jedna od najdubljih misterija fizike.

Zenonova strela, posle dve i po hiljade godina rasprave, ipak leti prema meti. Einstein nam je objasnio da različiti posmatrači neće nužno isto iseći prostor-vreme na sadašnjost. Kvantna fizika nas je upozorila da stvarnost nije sastavljena od uredno odvojenih komadića koji čekaju da ih pogledamo. Termodinamika nam je objasnila zašto svet ima prošlost punu tragova i budućnost bez uspomena.

 Ostalo je samo ono najjednostavnije pitanje.

Šta je vreme?

Na njega još nemamo dobar odgovor.

I to je, zapravo, mnogo uzbudljivije nego da ga imamo.

Moram dodati na kraju da to nije dobar izgovor za kašnjenje na posao ili sastanak.