Profesorius pasakė vieną didžiausių fizikos problemų

 (95)
Fizikai turi problemą su laiku. Naujosios teorijos pranašauja, kad visatos Didysis sprogimas visai nebuvo nei laiko, nei visa ko pradžia, kad mes gal būt gyvename lygiagretės visatos praeityje.
Profesorius pasakė vieną didžiausių fizikos problemų
© DELFI (M. Ažušilio nuotr.)

Visatą aprašančios gravitacijos, elektrodinamikos ir reliatyvumo lygtys bei visatos daleles aprašanti kvantinė fizika puikiausiai tinka laikui kintant pirmyn ir atgal. Tačiau mes patiriame, kad laikas kinta tik pirmyn.

Visata plečiasi, bet nesitraukia. Saulė ir žvaigždės skleidžia šviesą, bet ne sugeria ją, radioaktyvūs atomai skyla, bet nesijungia. Iš kiaušinienės kiaušiniai vėl nepasidaro, iš dūmų ir pelenų cigaretės vėl nesusisuka. Mes atsimename praeitį, bet ne ateitį, mes senstame, bet ne jaunėjame. Laikas mums turi aiškią kryptį. Nepaisant laiką pirmyn ir atgal aprašančių lygčių, laikas lyg raketa skrenda tik pirmyn. Bet minėtosios lygtys tikrovę aprašo teisingai. Reiškia, kažko esminio apie laiką nesuprantame. Laikas nei skrenda, nei bėga (jei bėgtų ar skristų, tai kokiu greičiu?), praeitis ir ateitis tėra tik iliuzijos. Apie tai smulkiau rašiau knygoje „Kiek trunka sekundė“ (Tyto alba, 2013).

Anglų astrofizikas Artūras Edingtonas (Arthur Eddington) 1927 metais pirmasis panaudojo sąvoką „laiko strėlė“, manydamas, kad ji kyla iš fundamentalaus antrojo termodinamikos dėsnio. Jis teigė, kad bet kokios uždaros sistemos (kaip visata) entropija (arba netvarka) gali tik didėti. Kosmose entropija didėja visatai plečiantis, nes kyla vis daugiau netvarkių struktūrų panašiai, kaip išmėtytos knygos sukuria daugiau netvarkios kambaryje nei joms esant lentynoje. Daug mokslininkų mano, kad viskas, kas vyksta visatoje ir skiria praeitį nuo ateities, yra todėl, kad praeityje entropija buvo mažesnė nei yra dabar ir bus ateityje.

Termodinaminė laiko strėlė rodo, kad mūsų visata prasidėjo būdama labai tvarkinga, t.y. mažos entropijos, tarsi pirmykštis kosminis kiaušinis, kuris laiko buvo sudaužytas ir iškeptas amžina kiaušiniene. Bet visata nėra nei amžina, nei nejudanti, kaip kiaušinienė. Ji yra dinaminė, reliatyvistinė, besiplečianti. Jeigu jau plėtimasis prasidėjo, jis turi tęstis amžinai. Šis amžinas plėtimasis turėtų gimdyti be galo didelį skaičių naujų visatų. Ar taip yra – teoretikai ginčijasi.

Julianas Barboras (Julian Barbour) iš Oksfordo universiteto ir Flavijus Merkatis (Flavio Mercati) iš Perimeter‘o teorinės fizikos instituto Kanadoje mano, kad laiko strėlė yra neišvengiama fizikos dėsnių pasekmė, kad jai nereikia visatos pradinės mažos entropijos, kad gravitacija, o ne termodinamika paleido laiko strėlę. Apie tai jie rašė žurnale Physical Review Letters (2014 m., spalis).

Jų išvada seka iš gravitacijos veikiamų dalelių sistemos kompiuterinio modeliavimo. Jie parodė, kad vien tik gravitacijos jėga sukelia sistemos plėtimąsi ir paleidžia laiko strėlę. Dalelių sistema plečiasi dviem laiko kryptimis ir sukuria dvi priešingas laiko strėles. Abiem laiko strėlių kryptimis gravitacija traukia daleles į didesnes, sudėtingesnes ir tvarkingesnes struktūras – galaktikas, žvaigždes ir planetų sistemas. Modelis turi vieną praeitį ir dvi ateitis. Taigi fizika rodo, kad laiko strėlė gali judėti dviem kryptimis, nors bet koks stebėtojas gali patirti tik vieną. Merkatis mano, kad gravitacijos prigimtis yra traukti visatą iš pirmykščio chaoso ir kurti struktūras, tvarką ir sudėtingumą. Lygčių sprendiniai rodo dvi epochas, amžinai besitęsiančias dviem kryptimis, atskirtas centrinės būsenos.

Nors modelyje nėra nei kvantinės fizikos nei reliatyvumo, bet jei jis teisingas, tai Didysis sprogimas nebuvo visatos ir laiko pradžia, bet tik viena amžinosios visatos fazė. Dvi priešingų krypčių laiko strėlės reikštų, kad būtų dvi visatos, atskirtos centrinės būsenos. Kiekvienoje visatoje laikas tekėtų priešinga kryptimi. Priešingos visatos gyventojams, jeigu jų ten būtų, atrodytų, kad kitoje visatoje žmonės gyvena tolimoje praeityje. Būtų labai gražu turėti tokius kaimynus, bet ar visata tikrai yra tokia, kaip seka iš modelio?

Masačusetso technologijos instituto (JAV) kosmologas Alanas Gatas, visatos infliacijos teorijos pradininkas, kartu su Synu Karolu kalba apie gravitacinę laiko strėlę, darydami prielaidą, kad visata gali turėti neribotą kiekį entropijos. „Jei laikysime, kad visatos entropija gali būti neribota, tai bet kokią būseną galima laikyti mažos entropijos būsena,“ – sako Gatas. „Nors tai gali atrodyti kvaila, bet aš manau, kad Barboro hipotezė teisinga. Jei nėra ribų, kokia didelė entropija gali būti, tai visata gali prasidėti bet kur ir bet kada, ir nuo šios pradžios galima tikėtis entropijos didėjimo kuriantis vis didesnėms visatos sritims amžinai besiplečiančioje visatoje.“

Ginčus dėl laiko strėlės pasėjo dar 19-me amžiuje molekulių kinetinę teoriją išplėtojęs ir entropijos sąvoką įvedęs austrų fizikas Liudvigas Eduardas Bolcmanas ir 20-me amžiuje Artūras Edingtonas pritaikęs ją laikui, bet šie ginčiai tikėtinai niekada nesibaigs. „Tai pradžia visiškai naujo mąstymo apie fundamentalią problemą – laiko strėlės ir antrojo termodinamikos dėsnio prigimtį,“– sako Barboras. Bet iš tikrųjų tai tik Niutono gravitacijos apmąstymai, kurie anksčiau nebuvo pastebėti.

Kas žino, kas iš jų išsirutulios? „Edingtonas nukalė laiko strėlės terminą ir puikiai pastebėjo, kad medžiagos ir energijos tarpusavio virsmai yra vienintelis dalykas, kurio gamta negali panaikinti. O gravitacija būtent tai ir daro. Ji mūsų pasaulyje iš visiškai netvarkių struktūrų padaro nuostabiai tvarkias. Būtent tai ir atsitiko visatoje. Mes aiškiai įsisąmoniname senovės graikų tvarkos iš chaoso kūrybos svajonę,“ – sako Barboras. O laiko strėlė rodo ne laiko tekėjimą, o tik pasaulio asimetriją laike, kaip kad kompaso rodyklė rodo pasaulio asimetriją erdvėje.

Bet ar laiko praeitis tapo mažiau paslaptinga? A. Gatas su S. Karolu gali taip pat klysti. Kodėl? Todėl, kad negali būti negrįžtamojo makroskopinio fizikos dėsnio (t.y. antrojo termodinamikos dėsnio), jei nėra negrįžtamojo mikroskopinio fizikos dėsnio (t.y. silpnosios branduolinės jėgos).

Todėl gali būti, kad silpnoji branduolinė jėga yra tikroji laiko strėlės priežastis. Jei entropija yra reali (mažai kas tuo abejoja), tai turi būti mikroskopinis fizikos dėsnis, kuris nusakytų, kaip sparčiai entropija didėja laike.

Synas Karolas nori valgyti pyragą ir turėti jo. Jis nori, kad entropija būtų reali, bet jos didėjimo spartą nori apskaičiuoti grįžtamaisiais fizikos dėsniais. Tai neįmanoma. Julianas Barboras yra bent jau nuoseklus. Jis mano, kad entropija neegzistuoja ir todėl jam nereikia aiškinti, kodėl ji didėja. Jis mano, kad entropija yra mūsų vaizduotės prasimanymas. Kaip daug metų dėstęs studentams termodinamikos pagrindus nemanau, kad jis būtų teisus. Kita vertus, entropija mikropasaulyje atsiranda tada, kai dalelės gali sąveikauti silpnosios branduolinės jėgos dėka. Entropija neatsiranda, kai turime tik fotonus ar kitus bozonus (daleles superlaidininkuose ar supertakiąjame helyje). Entropija atsiranda tik fermionų (elektronų, kvarkų, neutrinų) pasaulyje, kurie sąveikauja dėl silpnosios branduolinės jėgos, jei turi pakankamai energijos.

Mįslingai galvojant, gal būt kita juodųjų bedugnių pusė (jei jos ją turi) yra kita, unikali visata. Kuriantis juodajai bedugnei, naujoje visatoje įvyksta Didysis sprogimas. Ir taip tęsiasi naujų visatų kūryba. Juodoji bedugnė būtų vienos krypties tarpduris į unikalią naujesnę visatą. O mūsų visatos apie 95 proc. užpildanti nematoma ir dar nesuprantama tamsioji medžiaga ir tamsioji energija galimai atsirado dėl juodosios bedugnės Didžiojo sprogimo, kaip mažesnės energijos ir mažesnio tankio būsena.

www.DELFI.lt
Naujienų prenumerata
Parašykite savo komentarą
arba komentuokite anonimiškai čia
Skelbdami komentarą, Jūs sutinkate su taisyklėmis
Skaityti komentarus Skaityti komentarus

Mokslas

Tankiausiai apgyvendintai planetos vietai gresia katastrofa (33)

Virš jo gyvena šimtai milijonų žmonių, kuriems seisminės katastrofos atveju grėstų žūtis. Milžinišką Žemės plutos sprūdį nuo žmonijos akių slėpė milijonai tonų nuosėdinių uolienų.

Mokslininkai nustatė, kada ledynmečio Europoje atsirado miškai (10)

Vilniaus, Helsinkio ir Oulu universitetų mokslininkai su kolegomis iš Suomijos geologijos tarnybos tarpdisciplininiame moksliniame „Nature“ grupės žurnale „Scientific Reports“ publikavo straipsnį „First Physical Evidence for Forested Environment in the Arctic during MIS 3“.

„Mokslo sriuba“: eksperimentas su ugniniu Rubenso vamzdžiu (6)

Kartu su KTU Studentų mokslinės draugijos nariais atlikome įdomiausius fizikinius ir cheminius eksperimentus. Jūsų dėmesiui - eksperimentas, kurį demonstruoja Gintautas Palinauskas.

Į Islandiją ir atgal: lietuvių ekspediciją užklupo audra (6)

Klaipėdos universiteto (KU) burlaivis „Brabander“ birželio paskutinėmis dienomis išplaukė į ilgiausią per 10- metį ekspediciją – iš Lietuvos aplink Islandiją ir atgal.

Žuvys atsimena žmonių veidus, nors neturi už atpažinimą atsakingos smegenų dalies (4)

Regis, beprasmiška įrodinėti, kad žuvys yra protingos.Ir vis tik britų ir australų mokslininkai įrodė, kad žuvys skiria formas.