JustPaste.it

Czym jest czas i jakie ma właściwości?

Wszyscy wiemy czym jest czas więc o czym tu właściwie pisać. Koń jaki jest każdy widzi. Tak samo z czasem. Płynie sobie powoli i jednostajnie i tyle. Czy aby na pewno?

Wszyscy wiemy czym jest czas więc o czym tu właściwie pisać. Koń jaki jest każdy widzi. Tak samo z czasem. Płynie sobie powoli i jednostajnie i tyle. Czy aby na pewno?

 

 

Czym jest czas?

Zajmijmy się najpierw definicją. W tym miejscu wszystkie książki przytaczają wypowiedź bodajże św. Augustyna, która brzmiała bodajże tak:

Jeśli o nim nie myślę to wiem, jeśli próbuję go zdefiniować to nie wiem”,

albo jakoś inaczej, ale coś w tym stylu. Skoro wszyscy cytują tę wypowiedź to ja już nie będę:-).

I tak właśnie jest, wszyscy wiemy czym jest czas dopóki nie musimy go zdefiniować. Proszę bardzo, nie wierzycie to spróbujcie sami. Pamiętajcie tylko o przestrzeganiu fundamentalnej zasady, którą każda definicja powinna spełniać – nie może odwoływać się do pojęcia, które ma zdefiniować.

Teraz chwila na przemyślenie i jak już macie to jedziemy dalej.

 

Zobaczmy co mają do powiedzenia słowniki i encyklopedie.

Sięgam do wielkiego słownika „Word Power Dictionary” Reader’s Digest i co widzę:

Czas – nieustający postęp godzin, dni, lat itd.

 

Niby OK, ale jak zastanowimy się czym są „godziny”, „dni” i „lata” (pomijając, że np. godzina to 60 minut) to dojdziemy w końcu, że są to jednostki czasu, a więc pojęcia, które mamy zdefiniować. Definicja zatem w sposób prawie jawny odwołuje się do pojęcia definiowanego a to ją jakby dyskwalifikuje. Nawiasem mówiąc wyrażenie „postęp” też odwołuje się do czasu bo przecież postęp to pewien ciąg zmian w czasie (przynajmniej w tym wypadku).

 

Popatrzmy co pisze wikipedia (http://pl.wikipedia.org/wiki/Czas):

Czas – skalarna (w klasycznym ujęciu) wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy między zdarzeniami zachodzącymi w tym samym miejscu.

 

No super, z całym szacunkiem jaki mam dla wikipedii ta definicja też delikatnie mówiąc nie spełnia fundamentalnego wymogu.

skalarna wielkość fizyczna” – bardzo użyteczna informacja…

określająca kolejność zdarzeń” – zauważmy, że nie mówi o kolejności w czym, może kolejność w pudełku, albo w kolejce:-). Nie. Chodzi przecież o kolejność w czasie, i mamy niejawne odwołanie do pojęcia, które ma być zdefiniowane.

określająca odstępy między zdarzeniami” – ale odstępy w czym: w odległości, w głębokości a może na kobiecych udach, przepraszam te to chyba „rozstępy”? Nie. Chodzi o odstępy w czasie, więc znowu mamy niejawne odwołanie do definiowanego pojęcia.

 

 

Oczywiście, łatwo krytykować, trudniej stworzyć coś samemu. Czy mam do zaproponowania lepszą definicję? Może odrobinę, ale fundamentalnej zasady też nie udało mi się przestrzec. Od kilku lat chodzi mi po głowie taka:

Czas to wszystkie makroskopowe zmiany będące efektem drgań atomów (czy generalnie cząstek elementarnych)”.

Przyznaję bez bicia, że do definiowanego pojęcia taka definicja odwołuje się, co prawda też nie całkiem jawnie, ale aż dwukrotnie.

 

Po pierwsze, wyrażenie „zmiany”. Zmiana polega na tym, że pewien stan jakiegoś obiektu jest w pewnym punkcie w czasie a w którymś następnym punkcie w czasie stan tego obiektu jest już inny.

A gdzie jest drugie odwołanie?

W pojęciu „drgania”, które oznacza przecież cykliczną zmianę położenia w czasie.

 

Po co  zatem przytaczać taką definicję? Bo moim zdaniem pozwala ona wyjaśnić kilka istotnych aspektów (o czym dalej) i wnosi pewne istotne informacje:

  1. To , że w ogóle istnieje czas, czymkolwiek by był, wynika z drgań atomów (czy generalnie cząstek elementarnych), a stąd już krok do wniosku, że jeżeli atomy nie drgają to czas nie płynie.
  2. Czas można obserwować w zasadzie w skali makroskopowej, dla kwantów natomiast czas najpewniej nie istnieje w ogóle.

 

 

Ad. 2

O tym, że dla kwantów czas prawdopodobnie nie istnieje napiszę w części 3 „Świat na poziomie kwantowym”.

 

Ad. 1

Skąd właściwie wiemy, że czas płynie?

Patrzę na zegar i widzę, jak wskazówka się przesuwa, ale właściwie dlaczego? Bo w sercu mechanizmu jest kawałek kwarcu (bodajże kryształu górskiego), którego atomy drgają i te drgania są przekładane na impulsy elektryczne.

A jeśli weźmiemy stary zegar z mechanizmem sprężynowym to co sprawia, że wskazówka się porusza? W naciągniętej sprężynie atomy drgają mocniej co przekłada się na większą siłę rozprężającą sprężynę – znowu źródłem są drgania atomów.

Patrzę na mojego bojownika pływającego w akwarium (aktualizacja: bojownik padł), pływa bo mięśnie poruszają płetwami, ale mięśnie się poruszają bo komórki mięśniowe kurczą się, ale komórki mogą się kurczyć bo gdzieś na poziomie kwantowym atomy silniej lub słabiej drgają.

A to, że np. Księżyc obiega Ziemię, czy może być efektem drgań atomów? Być może, tylko nie obecnego drgania obecnych atomów Księżyca, ale drgania atomów (czy może raczej cząstek elementarnych) we wczesnym etapie rozwoju naszego wszechświata, które nadały ruch materii, ewentualnie jest reliktem Wielkiego Wybuchu.

Moim zdaniem, jak się dobrze przypatrzeć to wszędzie to co jest dla nas objawem upływu czasu albo wynika z drgań cząstek elementarnych albo jest tylko reliktem Wielkiego Wybuchu.

A na koniec rozważań z zakresu „…czas płynie…” można postawić pytanie, które doskonale obrazuje naszą niemoc w zdefiniowaniu czasu:

„W jakim tempie płynie czas?”

Tak, wiem, oczywiście – w tempie 60 minut na godzinę. :-)  

 

 

Teraz małe odwołanie do literatury.

Sean Carroll w opisywanej przez mnie w marcu 2012 roku

na blogu http://recen.blox.pl/html

książce „Stąd do wieczności i z powrotem. Poszukiwanie ostatecznej teorii czasu.” buńczucznie stwierdza gdzieś na początku, że poda definicję czasu. Niestety, jakoś jej nie znalazłem.

A Paul Davies, autor znakomitego „Czasu” podaje definicję praktyczną:

„Czas jest tym co mierzą zegary” – i to najlepiej oddaje efekty wysiłków naukowców na polu zdefiniowania zjawiska, które odczuwamy wszyscy tak namacalnie.

Davies zresztą spekuluje, że być może czas jest pojęciem tak fundamentalnym, że w ogóle nie da się go zdefiniować.

 

Dobra, to by było tyle na temat „czym jest…”, teraz trochę o właściwościach.

 

 

Właściwości

Jeszcze w XX wieku obowiązywało niutonowskie podejście do czasu: płynie jednostajnie liniowo i niezakłócenie, jednakowo dla wszystkich i wszędzie. A ponadto, jest uniwersalny, bezwzględny i ponadczasowy:-).

Dzięki Einsteinowi wiemy, że tak jednak nie jest.

Einstein urodził się w 1879 roku w niemieckim mieście Ulm (podaję za wikipedią).

W 1900 roku skończył studia. Przeprowadził się do Berna w Szwajcarii i dostał pracę jako urzędnik patentowy trzeciej klasy w instytucie patentowym (trzeciej czyli najniższej, jak to teraz śmiesznie brzmi).

Wówczas, w roku 1905 opublikował kilkustronicowy artykuł pod niepozornym tytułem „O elektrodynamice ciał w ruchu”, w którym opisał to co zostało później nazwane Szczególną Teorią Względności. Zaproponował w niej m.in. rozwiązanie dylematu dręczącego fizyków a wynikającego z obserwacji, które sugerowały, że światło biegnie z taką samą prędkością niezależnie od układu odniesienia.

 

Innymi słowy, na zdrowy chłopski rozum, powinno być tak, że jeżeli wsiądę do rakiety poruszającej się z prędkością 30 tys. km/s to moja prędkość względem gonionego promienia światła wyniesie 270 tys. km/s (300-30).

Ale niezwykle sprytne doświadczenie Michelsona i Morleya (w którym wykorzystali oni ruch obrotowy Ziemi) pokazało, że tak nie jest:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Do%C5%9Bwiadczenie_Michelsona-Morleya

Więc coś tu mocno nie grało.

Jak pisze bodajże Davies, szacowny gmach fizyki niutonowskiej mocno się zarysował.

 

Okazało się bowiem, że tak czy siak (czy poruszam się w tę czy we w tę, czy z taką prędkością czy owaką) prędkość światła względem mnie jest zawsze taka sama. Nawet jeśli gonię światło z prędkością 290 tys. km/s to i tak oddala się ono ode mnie ze stałą prędkością 300 tys. km/s.

 

 Im szybciej tym wolniej?

Problem ten rozwiązał właśnie młodziutki Albert, nikomu nieznany urzędnik, w Szczególnej Teorii Względności, gdzie przedstawił (oprócz tezy o równoważności masy i energii czyli słynnego równania E=mc2) iście rewolucyjną tezę, że w miarę wzrostu prędkości czas płynie wolniej (albo ulega rozciągnięciu czy jak kto woli dylatacji). Nawiasem mówiąc Albert otrzymał Nobla nie za teorię względności (ani za szczególną ani nawet ogólną), ale za wyjaśnienie tzw. ruchów Browna:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Ruchy_Browna

 

Einstein wprowadził również koncepcję czterowymiarowej czasoprzestrzeni (która ma większe znaczenie niż mogłoby się wydawać), w której czas i trójwymiarowa przestrzeń są ściśle zintegrowane, a właściwie są elementami jednej całości.

 

To, że czas zwalnia w miarę wzrostu prędkości zostało potwierdzone w licznych doświadczeniach, np. w eksperymencie, w którym do dwóch samolotów włożono dwa zsynchronizowane zegary atomowe i po okrążeniu Ziemi w przeciwnych kierunkach porównano wskazania, które różniły się od siebie (lecz były z dokładnością do kilku nanosekund zgodne z przewidywaniami teorii):

http://en.wikipedia.org/wiki/Hafele%E2%80%93Keating_experiment

 

 

Dlaczego właściwie czas zwalnia w miarę wzrostu prędkości?

Można to próbować wytłumaczyć na kilka sposobów.

 

  1. Z definicji czasoprzestrzeni

Weźmy najpierw przestrzeń dwuwymiarową czyli płaszczyznę. Wyobraźmy sobie, że definiujemy układ współrzędnych oparty o dwie prostopadłe linie. Jedna linia zatem wyznacza jeden kierunek (powiedzmy, że będzie to północ-południe), druga – drugi (niech to będzie wschód-zachód).

Załóżmy, że poruszamy się z prędkością 100 km/h na północ. Nasza prędkość w kierunku północ-południe wynosi 100 km/h a w kierunku wschód-zachód – 0 km/h. Oczywiście od początku układu oddalamy się z prędkością 100 km/h.

Teraz załóżmy, że skręcamy i podążamy (z tą samą prędkością) w kierunku północno-wschodnim. Nadal oddalamy się od początku układu z prędkością 100 km/h. Ale… teraz poruszamy się zarówno w kierunku północ-południe, jak i w kierunku wschód-zachód. I to, że zaczęliśmy poruszać się w kierunku wschód-zachód spowodowało, że nasza prędkość w kierunku północ-południe nie wynosi już 100 km/h, ale mniej (nie podejmuję się obliczyć ile).

Widać już o co chodzi - jak to się przekłada na zwolnienie czasu.

Najpierw wniosek ogólny – jeżeli ruch przestaje być skoncentrowany na jednym kierunku to (mimo, że prędkość oddalania się od początku układu jest wciąż taka sama) prędkość w tym kierunku maleje.

Jeżeli zatem czas jest tylko (i aż) czwartym wymiarem jednego tworu (tj. czterowymiarowej czasoprzestrzeni) to jeżeli stoimy w miejscu wykonujemy ruch, który jest skoncentrowany w jednym kierunku: w kierunku związanym z czwartym wymiarem czyli poruszamy się w czasie (kierunek przeszłość-przyszłość). Jeżeli zaczynamy poruszać się (w jakimkolwiek kierunku przestrzennym) to nasz ruch w czterowymiarowej czasoprzestrzeni przestaje być skoncentrowany na kierunku przeszłość-przyszłość i nasz ruch w tym kierunku zwalnia. A to oznacza, że poruszamy się wolniej w czasie.

 

2. Z „atomowej” definicji czasu

Jeżeli (chociaż na chwilę) zaakceptujemy definicję, zgodnie z którą czas jest efektem drgań atomów to stosunkowo łatwo wyobrazić sobie przyczynę jego zwalniania.

Powiedzmy, że idę spacerkiem z prędkością 2 km/h i w tak muzyki kiwam sobie głową na boki. Potem przyśpieszam do 5 km/h i dalej kiwam głową na boki choć sprawia to nieco trudności. Potem przyspieszam do 20 km/h i ledwo daję radę kiwać głową na boki. Następnie przyśpieszam do 60 km/h i … no dobra tak szybko to w zasadzie nie biegam. Ale widać o co mi chodzi. W miarę jak rośnie prędkość zgodna z głównym kierunkiem ruchu coraz trudniej wykonywać ruchy drgające, a więc poprzeczne w stosunku do głównego kierunku ruchu.

Niestety, nie potrafię wyjaśnić dlaczego tak jest.

Ale teraz przechodząc do atomów, wyobraźcie sobie, że one też tak mają. Tzn. w miarę wzrostu prędkości w jednym kierunku coraz trudniej im drgać. Oczywiście przy małych prędkościach efekt jest niezauważalny (zupełnie jak z dylatacją czasu). Natomiast przy wielkich prędkościach, a więc zbliżonych do prędkości światła, drgać na boki jest już naprawdę trudno, choć musimy sobie uwierzyć na słowo, że tak jest. A skoro tak, to atomy drgają coraz wolniej a to powoduje, że wszystkie makroskopowe skutki tych drgań również są odpowiednio zwolnione a stąd już krok do stwierdzenia, że czas zwalnia. CBDU:-)

 

3. Ze wzorów teorii względności

Nie podejmuję się tego wytłumaczyć za to polecam znakomitą książkę Kip’a Thorne’a „Czarne dziury i krzywizny czasu”. Nieźle też jest to opisane w „Pięknie Wszechświata” Brian’a Green’a.

 

 

Jakie jest tempo spadku upływu czasu w miarę wzrostu prędkości?

Nie ma co patrzeć na wzór, lepiej zobaczyć wykres:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Dylatacja_czasu

Jak widać, na początku zwolnienie czasu jest małe, ale przy prędkościach zbliżających się do 300 tys. km/h opóźnienie czasu gwałtownie rośnie. Jeżeli prędkość zmierza do prędkości światła współczynnik dylatacji zmierza do nieskończoności. Przy prędkości równej prędkości światła współczynnik dylatacji jest nieskończony - czas zatrzymuje się całkowicie.

Oznacza to, że np. dla fotonów czas nie płynie, dla nich nadal jest początek Wielkiego Wybuchu.

 

 

I jeszcze o tachionach. Wbrew powszechnemu mniemaniu teoria względności nie zabrania materii poruszania się z prędkością nadświetlną a jedynie przekraczania prędkości światła w jedną lub drugą stronę a to dlatego, że materia poruszająca się z prędkością światła miałaby nieskończoną masę. Ale teoretycznie nie jest wykluczone istnienie tachionów, hipotetycznych cząstek poruszających się z prędkością nadświetlną. We wszystkich książkach cytowanych wyżej można znaleźć informację, że ze wzorów teorii względności wynika iż poruszanie się z prędkością nadświetlną oznacza cofanie się w czasie. Przyznam szczerze, że jakoś tego nie ogarniam. U Davies’a niby jest bardzo szczegółowe wyjaśnienie dlaczego tak się dzieje, ale nawet ono do mnie nie dociera. Więc pominę ten aspekt.

 

 

 

Teraz jeszcze słów parę o paradoksie bliźniąt, o którym każdy słyszał.

Często można spotkać następujące brzmienie tego paradoksu: mamy dwa bliźniaki, albo lepiej niech nie mamy:-), powiedzmy, że są dwa bliźniaki, jeden zostaje na Ziemi a drugi wsiada do rakiety i rusza w podróż kosmiczną a kiedy wraca okazuje się, że jeden jest starszy a drugi młodszy (oczywiście ten z rakiety bo dla niego czas płynął wolniej).

Tyle, że w tej wersji nie ma żadnego paradoksu. Ten, który wrócił z podróży rzeczywiście będzie młodszy i jest to absolutnie zgodne z prawami fizyki (oczywiście z teorią względności) i wszystko się zgadza.

Przypomnijmy, że paradoks to twierdzenie prowadzące do sprzecznych wyników.

A tu żadnych sprzecznych wyników nie ma.

 

Natomiast pozornie sprzeczne wyniki są w następującej wersji paradoksu bliźniąt. Są dwa bliźniaki: Małgosia i Jaś (właśnie, dlaczego zawsze mówi się Jaś i Małgosia, czy to nie objaw męskiego szowinizmu). Małgosia zostaje w domu a Jaś wsiada do rakiety, chociaż tak też jest szowinistycznie. Więc tak: Jaś zostaje w domu (i gotuje obiad dla żony) a Małgosia wsiada do rakiety, odbywa podróż kosmiczną i wraca do domu. Z punktu widzenia Jasia on się nie poruszał a Małgosia się poruszała, więc jej czas płynął wolniej, więc jest młodsza od Jasia. Ale z punktu widzenia układu odniesienia Małgosi (a teoria względności wcale nie wyróżnia żadnego układu odniesienia, wszystkie są równoważne i dlatego wszystko jest relatywne i względne, stąd nomen omen teoria względności:-) ona stała w miejscu a Jaś się najpierw oddalał (z całą Ziemią) a potem przybliżał i to Jaś się poruszał a nie Małgosia, więc to Jaś jest młodszy. I tu mamy paradoks. Ale pozorny.

Bo również tu nie ma żadnej sprzeczności. Dość paskudne wyjaśnienie (w oparciu o diagram Minkowskiego) znajdziecie tutaj:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Paradoks_bli%C5%BAni%C4%85t

a znacznie bardziej przystępne u Davies’a w „Czasie” a ja zasygnalizuję, że wbrew pozorom (mimo, że oba punkty odniesienia są równoważne) sytuacje obu bliźniaków nie są, jak by się mogło wydawać, w pełni symetryczne.

 

 

Dylatacja grawitacyjna

A wracając do tematu, kolejna ciekawa właściwość czasu to tzw. dylatacja grawitacyjna.

W 1915 roku Albert ukończył prace nad teorią grawitacji nazywaną Ogólną Teorią Względności, zgodnie z którą grawitacja jest zakrzywieniem czasoprzestrzeni. Ważne dla rozważań o naturze czasu jest to, że grawitacja zakrzywia właśnie czasoprzestrzeń a nie tylko przestrzeń trójwymiarową. Oznacza to, że grawitacja wpływa również na czas a dokładniej na tempo jego upływu.

Jakoś wynika to ze wzorów składających się na Ogólną Teorię Względności, ale wzory te nie są do pojęcia dla normalnego człowieka. Zresztą zobaczcie sami:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Og%C3%B3lna_teoria_wzgl%C4%99dno%C5%9Bci

(sekcja „Równania teorii”).

Jak grawitacja wpływa na upływ czasu? Ano tak, że go spowalnia. Przy czym im większa siła grawitacji działająca na obiekt, tym wolniej płynie czas dla tego obiektu.

Dlaczego?

 

Jedyne wyjaśnienie jakie potrafię podać jest oparte znowu o „atomową” definicję czasu.

Tak jak atomy nie mają siły drgać kiedy poruszają się z ogromną prędkością tak samo nie mają siły drgać kiedy działa na nie ogromna siła grawitacji (tzn. jeżeli działa mała grawitacja to spowolnienie drgań również występuje, ale w niezwykle małej skali).

W naszym codziennym życiu w żaden sposób tego nie doświadczamy bo grawitacja na nas oddziałująca jest bardzo niewielka, ale są obiekty, które generują taką grawitację, że spowolnienie upływu czasu może być naprawdę potężne a mowa oczywiście o czarnych dziurach.

 

Ale zanim przejdziemy do czarnych dziur jak już mówimy o gęstych obiektach to warto wspomnieć o gwiazdach neutronowych czyli gwiazdach, które zużyły swoje siły witalne i zapadły się w tzw. kolapsie grawitacyjnym, ale były za lekkie by zapaść się do czarnej dziury i pozostały w stadium właśnie gwiazdy neutronowej. Obiekt taki ma niesamowicie wysoką gęstość, jak podaje wikipedia, łyżeczka materii z gwiazdy neutronowej na Ziemi ważyłaby kilka miliardów ton:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Gwiazda_neutronowa

 

Jak materia w ogóle może być tak potwornie ściśnięta?

Pamiętamy wszyscy z podstawówki, że atom to właściwie pusta przestrzeń wypełniona maleńkim jąderkiem (składającym się z protonów i neutronów) i jeszcze mniejszymi elektronikami śmigającymi po swoich orbitach. Gdzieś czytałem, że gdyby powiększyć atom do rozmiaru boiska sportowego to jądro miałoby wielkość jabłka a może nawet wisienki, nie pamiętam już dokładnie.

Materia nas otaczająca jest więc zasadniczo pusta a w gwieździe neutronowej atomy zostały tak zmiażdżone, że tych pustek już nie ma, jądra atomów stykają się ze sobą i stąd gęstość jest wielokrotnie większa.

 

A wracając do czarnych dziur.

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu ich istnienie było przez wielu kwestionowane. Dziś to istnienie jest już udokumentowane. Co więcej wydaje się, że czarne dziury nie są jakimś ewenementem a wręcz przeciwnie – najprawdopodobniej w centrum większości (być może wszystkich) galaktyk są większe lub mniejsze czarne dziury. Być może to one nawet były i są przyczyną powstawania galaktyk.

O ile jestem w stanie łatwo sobie wyobrazić jak powstaje gwiazda neutronowa (poprzez zgniecenie atomów i wyeliminowanie z nich pustych przestrzeni) to w żaden sposób nie mogę sobie wyobrazić jak można zgnieść materię (i to ogromną, np. kilka milionów Słońc) do jednego punktu. Co się dzieje z jądrami atomowymi, z neutronami i protonami? Tak, niby wiem, że są siłami pływowymi ścierane na proch, ale ten proch też przecież musiał zajmować jakąś objętość. Czyżby wnętrze np. protonu było jak atom? Tzn. zawierało w większości pustkę, która jest eliminowana? Chyba jednak nie.

W każdym razie typowa czarna dziura waży wielokrotnie więcej niż nasze Słońce (a może nawet ważyć miliardy a być może i biliony razy więcej) a jest skoncentrowana w punkcie. Wytwarza zatem w swoim pobliżu gigantyczną grawitację, która zresztą powoduje, że po przekroczeniu pewnej odległości (zwanej horyzontem zdarzeń) nic nie może się wydostać, nawet światło.

Ta gigantyczna grawitacja powoduje, że atomy znowu nie mają siły drgać. Wyobraźmy sobie drgającą linę – im bardziej lina napięta tym mniej może drgać. Nie wiem czy to dobra analogia, ale taka mi się akurat nasunęła.

W efekcie, czas dla obiektu składającego się z tych atomów zwalnia. I to tak drastycznie, że (tu powołam się na Davies’a) zanim obiekt spadnie na punkt centralny czarnej dziury zewnętrzny Wszechświat przeminie. To chyba najbardziej spektakularne spowolnienie czasu jakie można sobie wyobrazić (pomijając oczywiście np. fotony, dla których czas stoi całkowicie).

 

A jak już jesteśmy przy grawitacji to czy zastanawialiście się w jaki sposób ona w ogóle działa? Skąd, do diabła, ciało wie, że działa na nie jakaś grawitacja i ma się poruszać w kierunku jej źródła. Jakieś niewidzialne nici? Czy da się w takim razie je przeciąć?

Z Ogólnej Teorii Względności wynika, że to materia zakrzywia czasoprzestrzeń ją otaczającą i każde ciało w jej zasięgu spada po tych zakrzywionych liniach przestrzeni do centrum grawitacji jak po ściance lejka.

Ale o wiele fajniejsze wyjaśnienie znalazłem w którejś z książek Hawkinga, niestety nie pamiętam w której. A wyjaśnienie to było mniej więcej następujące – każda materia wysyła cząstki, które uderzając w cząstki ciała zmieniają ich moment pędu tak, że wykonuje ono ruch w kierunku źródła grawitacji. Cząstki emitowane przez źródło grawitacji to tzw. grawitony:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Grawiton

 

 Strzałka czasu

Kolejny aspekt czasu wart omówienia to tzw. strzałka czasu.

Czyli fakt, że czas płynie od przeszłości do przyszłości.

Co powoduje, że spadające jajko rozbija się a raczej nie zdarza się aby rozbite jajko złożyło się i podskoczyło (przynajmniej mi zdarza się to niezmiernie rzadko:-)?

We wszystkich cytowanych wyżej książkach jest jedno proste wytłumaczenie – strzałkę czasu wyznacza wzrost entropii a więc nieporządku i przepływ ciepła.

Entropia to miara chaosu. Wyższy nieporządek to wyższa entropia. Ale co właściwie oznacza „wyższy nieporządek”? Jest to stan osiągalny na więcej sposobów. Uporządkować rzeczy w pokoju można na kilkadziesiąt może kilkaset sposobów. Ale bałagan może być uzyskany na tysiące, może setki tysięcy a może miliony sposobów. W każdym razie bałagan może mieć więcej postaci niż porządek i dlatego jest osiągany na więcej sposobów a zatem jeżeli coś dzieje się spontanicznie to bardziej prawdopodobne jest, że osiągnie stan który jest osiągalny na więcej sposobów czyli nieporządek się zwiększy niż zmniejszy.

I ściśle wiąże się z tym bodajże druga zasada termodynamiki czyli, że ciepło przepływa od ciał bardziej gorących do mniej gorących. A przy okazji rośnie entropia.

 

Tak więc strzałka czasu jest wyznaczona przez przepływ ciepła i rosnącą entropię.

To właściwie byłoby tyle o strzałce, ale warto wspomnieć o aspekcie wynikającym znowu z „atomowej” definicji czasu. A chodzi mianowicie o potencjalne odwrócenie czasu w sytuacji gdy Wszechświat osiągnie maksymalną wielkość i zacznie się kurczyć (o ile to oczywiście w ogóle się wydarzy, co jest coraz bardziej wątpliwe). Otóż, jedna (a może i nie jedna) z teorii rozwoju Wszechświata mówi właśnie, że po okresie ekspansji przyjdzie faza kurczenia (kolapsu spowodowanego zresztą grawitacją). I niektórzy fizycy, w tym wielki Stephen Hawking, uważali, że w fazie kurczenia czas będzie płynął w przeciwnym kierunku (np. zmarli będą wstawali z grobu jako staruszkowie, młodnieli, rzeki będą płynęły pod górę itd.).

Dla mnie to wielka bzdura, zresztą Hawking później wycofał się z tych twierdzeń. A dlaczego mi to od razu wydało się bzdurą. Kiedy zaakceptuje się „atomową” definicję czasu to jest to oczywiste. Jeżeli czas wynika z drgań atomów to upływ czasu w przeciwnym kierunku wymagałby „drgania w przeciwnym kierunku” a przecież atomy nie mogą drgać „w kierunku przeciwnym” więc upływ czasu od przyszłości do przeszłości nie jest możliwy. CBDU.

 

A jak wspomnieliśmy o przepływie ciepła od ciał gorętszych do zimniejszych to tu również znajdziemy konsekwencje „atomowej” definicji czasu. Przecież ciepło to drgania atomów: im ciało gorętsze;-) tym bardziej drgają jego atomy. Jeżeli tak, to dla ciała gorętszego czas powinien płynąć szybciej a dla ciała zimniejszego – wolniej. Czy tak przypadkiem nie jest? Czy nie wkładamy mięsa do zamrażarki żeby wolniej się psuło? Czy założeniem hibernacji nie jest zwolnienie upływu czasu? A jaki stąd wniosek? Jeżeli chcemy być dłużej młodzi i piękni raczej unikajmy gorąca a polubmy chłód. O czym wiedziały już nasze babki, na dowód czego ukuły powiedzenie "Myj się zimną wodą będziesz piękną i młodą":-).

 

 

 Podróże w czasie

Niezwykle interesującym aspektem rozważanego tematu są podróże w czasie. Zarówno Kip Thorn („Czarne dziury i krzywizny czasu”) jak i Paul Davies („Czas”) twierdzą, że na razie znane nam prawa fizyki w zasadzie nie zabraniają podróży w czasie. Oczywiście mowa o podróżach w przeszłość, bo w przyszłość wystarczy wyprawić się szybką rakietą.

Tyle tylko, że hipotetycznie rozważane sytuacje, w których podróż w przeszłość byłaby możliwa wymagają przyjęcia tak skrajnie nierealistycznych założeń (przykładowo konieczność użycia ujemnej energii), że ja osobiście jestem przekonany, że takie podróże najzwyczajniej nie są możliwe.

Jak stwierdził Hawking, jakoś nie przeżywamy najazdu turystów z przyszłości.

A jak już jesteśmy przy podróżach w czasie to nie mogę nie polecić jednej z moich ulubionych książek mistrza Lema: „Dzienniki gwiazdowe”, gdzie temat ten został pokazany w niezwykle dowcipny, ale jakże pouczający sposób (przede wszystkim w Podróży Dwudziestej, ale również w Podróży Siódmej). Mistrz wycisnął chyba wszystko co tylko można z paradoksów wynikających z możliwości podróży w czasie.

 

 Czy teraz na pewno jest teraz?

A na koniec kilka słów o tym jak nasz mózg postrzega upływ czasu. Otóż wygląda na to, że zanim jakieś zjawisko czy obserwacja dotrze do świadomej części mózgu (a tym samym uświadomimy sobie to zjawisko) następuje obrobienie tego zjawiska przez nieświadomą część mózgu (podświadomość) tak aby zjawisko to było w jakiś sposób zgodne z doświadczeniem, z tym co jest do zaakceptowania dla mózgu.

Stąd np. dziury w obrazie są automatycznie wypełniane (np. pamiętamy o ślepej plamce na dnie oka, ale jakoś dziury w polu widzenia nie widzimy) albo wręcz dobudowywane są całe nie istniejące obiekty, bardzo fajny przykład na stronie zawierającej mnóstwo złudzeń optycznych:

http://www.michaelbach.de/ot/

Ten, który spektakularnie pokazuje jak mózg dobudowuje nie istniejące obiekty jest np. tutaj:

http://www.michaelbach.de/ot/mot_biomot/index.html

Kilka ruszających się punktów a mózg od razu widzi idącego człowieka.

 

A jeśli chodzi o czas (tzn. jak podświadomość wstępnie obrabia oś czasu tak aby była ona „logiczna” i zrozumiała dla części świadomej) to oddajmy głos Paulowi Daviesowi („Czas”):

Psychologowie wymyślili sprytne metody badania ludzkiego doświadczenia teraźniejszości. Rozważmy, w jaki sposób układamy powyrywane klatki filmowe w ciągły strumień świadomości. Zjawisko to zwane jest fenomenem phi. Jego istota przejawia się w eksperymentach przeprowadzanych w zaciemnionym pokoju, w którym dwa punkciki, znajdujące się obok siebie, świecą przez krótki czas, szybko jeden po drugim. Badani stwierdzają zaś, że widzą nie dwa kolejno po sobie następujące błyski, lecz jeden punkcik świetlny poruszający się w sposób ciągły w przód i w tył. Zwykle punkciki świecą przez 150 milisekund, a kolejne błyski dzieli przerwa trwająca 50 milisekund. Najwyraźniej mózg w jakiś sposób ją „wypełnia”. Można sądzić, że ta „halucynacja” zachodzi po samym zdarzeniu, ponieważ dopóki nie zabłyśnie drugi punkcik, badany wcale nie wie, że światełko ma się poruszyć . Wypływa z tego wniosek, że chwila teraźniejsza człowieka nie jest równoczesna z momentem otrzymania bodźców świetlnych – jest w stosunku do niego nieco opóźniona, dzięki czemu mózg ma czas, by skonstruować możliwą do przyjęcia fikcję na temat tego, co stało się kilka milisekund wcześniej.

Można urozmaicić doświadczenie, używając w przypadku pierwszego punkcika światła czerwonego, a w przypadku drugiego – zielonego. Stworzy to pewien problem dla mózgu. Jak połączy on w sposób ciągły dwa nieciągłe doświadczenia – błysk czerwony i zielony? Czy niezauważalnie dla oka pomiesza kolory? Czy też mózg, przed zmianą koloru poczeka na nowy bodziec – światło zielone? A może stanie się to w inny sposób? W rzeczywistości badani widzą, że plamka świetlna zmienia kolor gwałtownie, dokładnie w środku swojej wyimaginowanej trajektorii, a nawet mogą precyzyjnie wskazać punkt, w którym się to odbywa. Wynik ten budzi wątpliwości: jak to możliwe, że badani doświadczają ‘właściwego’ koloru, zanim w rzeczywistości rozbłyśnie zielone światło?

 

A dla tych, którzy mają ochotę sprawdzić osobiście zamieszczam skoroszyt excela, w którym można pobawić się tymi punkcikami:

http://chomikuj.pl/posceptyk/Dokumenty

Miłej zabawy. Mi osobiście nie udało się doświadczyć zmiany koloru pośrodku trajektorii, ale „śmigającej” plamki jak najbardziej.

 

pozdrawiam

posceptyk

 

W serii artykułów próbuję opisać co nauka ma do powiedzenia w następujących kwestiach:

Skąd się wziął Wszechświat?

Czym jest czas i jakie ma właściwości?

Świat na poziomie kwantowym

Skąd się wzięło życie?

Czy istnieje życie na innych planetach?

Skąd się wziął Homo Sapiens?
Dlaczego jesteśmy tacy jacy jesteśmy?
Dokąd zmierzamy?
Przyszłość Ziemi, Drogi Mlecznej i Wszechświata.

 

Zapraszam też na mojego bloga poświęconego książkom:

http://recen.blox.pl/html

i polecam swój najnowszy kryminał

https://play.google.com/store/books/details/Robert_Mi%C5%9B_Belladonna?id=_MJtCQAAQBAJ