Γιατί ο χρόνος δεν ρέει προς τα πίσω; Why Doesn't Time Flow Backwards?

Time only ever goes forwards, but no one knows why (Credit: dbimages/Alamy)

Είναι γνωστό ότι ο Αϊνστάιν συχνά διαβεβαίωνε πως «ο χρόνος είναι πλάνη». Πράγματι, ο χρόνος, όπως ενσωματώθηκε στους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής, από την κλασική δυναμική του Νεύτωνα μέχρι τη σχετικότητα και την κβαντική φυσική, δεν επιτρέπει καμία διάκριση ανάμεσα στο παρελθόν και το μέλλον. Ακόμη και σήμερα, για πολλούς αυτό αποτελεί αληθινή ομολογία πίστεως: στο επίπεδο της βασικής περιγραφής της φύσης, το βέλος του χρόνου δεν υπάρχει.

Is time built into the universe? (Credit: Robert Harding Picture Library Ltd/Alamy)

Κι όμως παντού, στη χημεία, στη γεωλογία, στην κοσμολογία, στη βιολογία ή στις ανθρωπιστικές επιστήμες, το παρελθόν και το μέλλον παίζουν διαφορετικούς ρόλους. Πως θα μπορούσε άραγε το βέλος του χρόνου να αναδυθεί μέσα από έναν κόσμο στον οποίο η φυσική αποδίδει χρονική συμμετρία; Εδώ έγκειται το παράδοξο του χρόνου, που μεταθέτει στη φυσική το δίλημμα του ντετερμινισμού (…)

Ludwig Boltzmann (Credit: INTERFOTO/Alamy)

Το παράδοξο του χρόνου διαπιστώθηκε καθυστερημένα, κατά το δεύτερο ήμισυ του 19ου αιώνα, χάρη στις εργασίες του βιεννέζου φυσικού Ludwig Boltzmann, οποίος προσπάθησε, ακολουθώντας το παράδειγμα του Καρόλου Δαρβίνου από το χώρο της βιολογίας, να θεμελιώσει μια εξελικτική περιγραφή των φυσικών φαινομένων.

 Isaac Newton (Credit: Photo Researchers/Alamy)

Αποτέλεσμα της προσπάθειάς του ήταν να έρθει στην επιφάνεια η αντίφαση ανάμεσα στους νόμους της φυσικής του Νεύτωνα, που βασίζονται στην ισοδυναμία παρελθόντος και μέλλοντος, και σε κάθε εξελικτική διατύπωση που επιβεβαιώνει την ουσιαστική διάκριση μεταξύ μέλλοντος και παρελθόντος. Εκείνη την εποχή, οι νόμοι της νευτώνειας φυσικής ήταν αποδεκτοί ως η έκφραση μιας ιδεώδους, αντικειμενικής και πλήρους γνώσης. Αφού οι εν λόγω νόμοι επιβεβαίωναν την ισοδυναμία παρελθόντος και μέλλοντος, κάθε απόπειρα να δοθεί μια θεμελιώδης σημασία στο βέλος του χρόνου εμφανιζόταν ως απειλή ενάντια σ’ αυτό το ιδεώδες.

Ακόμη και σήμερα, η κατάσταση δεν έχει αλλάξει. Πολλοί θεωρούν την κβαντική μηχανική, στον τομέα της μικροφυσικής, ως την τελική διατύπωση της φυσικής γνώσης, όπως ακριβώς οι φυσικοί της εποχής του Boltzmann θεωρούσαν οριστικούς τους νόμους της νευτώνειας φυσικής. Έτσι το ερώτημα παραμένει: πως θα ενσωματώσουμε το βέλος του χρόνου στη θεμελιώδη περιγραφή της φύσης χωρίς να καταστρέψουμε αυτά τα μεγαλειώδη επιτεύγματα του ανθρώπινου πνεύματος;

Ludwig Boltzmann's tombstone, complete with entropy equation (Credit: Daderot, CC by 3.0)

Από την εποχή του Boltzmann, λοιπόν το βέλος του χρόνου περιορίστηκε στο χώρο της φαινομενολογίας. Εμείς οι άνθρωποι, όντας παρατηρητές με περιορισμένες δυνατότητες, θεωρούμαστε υπεύθυνοι για τη διαφορά ανάμεσα στο παρελθόν και το μέλλον. Η συγκεκριμένη άποψη, που ανάγει το βέλος του χρόνου στον προσεγγιστικό χαρακτήρα της φυσικής περιγραφής, υποστηρίζεται ακόμη σε πολλά βιβλία. Άλλοι συγγραφείς θεωρούν το πρόβλημα του χρόνου απροσπέλαστο μυστήριο, για το οποίο η επιστήμη δεν έχει απάντηση. Κι όμως, από την εποχή του Boltzmann η κατάσταση έχει αλλάξει ριζικά. Η θεαματική ανάπτυξη της φυσικής μακράν της ισορροπίας και της δυναμικής των ασταθών δυναμικών συστημάτων που είναι συνυφασμένα με την ιδέα του χάους μας υποχρεώνει να αναθεωρήσουμε την έννοια του χρόνου όπως αυτή έχει διατυπωθεί από την εποχή του Γαλιλαίου.

You cannot un-break an egg (Credit: Pierangelo Pirak)

Πράγματι, κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών γεννήθηκε μια νέα επιστήμη, η φυσική των διαδικασιών μακράν της ισορροπίας. H εν λόγω επιστήμη οδήγησε σε νέες έννοιες, όπως η αυτοοργάνωση και οι δομές έκλυσης, που σήμερα χρησιμοποιούνται σε ευρύτατο φάσμα τομέων, το οποίο εκτείνεται από την κοσμολογία, διαμέσου της χημείας και της βιολογίας, ως την οικολογία και τις κοινωνικές επιστήμες. Η φυσική μακράν της ισορροπίας μελετά μη αναστρεψιμότητα. Παλιότερα, το βέλος του χρόνου συνδεόταν με πολύ απλά φαινόμενα, όπως η διάχυση, η τριβή, το ιξώδες. Μπορούσαμε να συμπεράνουμε ότι τα συγκεκριμένα φαινόμενα ήταν κατανοητά απλώς και μόνο με τη βοήθεια των νόμων της δυναμικής.

As far as the microscopic rules of physics are concerned, there is no difference between the "before" and the "after." So, why can't time flow both directions?

Δεν ισχύει το ίδιο και σήμερα. Η μη αντιστρεψιμότητα δεν εμφανίζεται πλέον μόνο σε τόσο απλά φαινόμενα. Βρίσκεται στη βάση πολυποίκιλων νέων φαινομένων, όπως οι στροβιλισμοί, οι χημικές ταλαντώσεις, η ακτινοβολία λέιζερ. Όλα αυτά τα φαινόμενα δείχνουν τον θεμελιώδη εποικοδομητικό ρόλο του βέλους του χρόνου. η μη αναστρεψιμότητα δεν μπορεί πλέον να ταυτιστεί με μια απλή εντύπωση, που θα εξαφανιζόταν αν φτάναμε σε τέλεια γνώση. Αποτελεί προϋπόθεση και έκφραση των συσχετίσεων μεγάλων πληθυσμών (δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων) μορίων. Σύμφωνα με μια φράση που μου αρέσει να την επαναλαμβάνω, η ύλη στην ισορροπία, χωρίς το βέλος του χρόνου, είναι τυφλή, αλλά όταν εμφανίζεται το βέλος του χρόνου, μακράν της ισορροπίας, η ύλη αρχίζει να βλέπει! Χωρίς τις συσχετίσεις των μη αναστρέψιμων διαδικασιών μακράν της ισορροπίας, η εμφάνιση της ζωής στη Γη θα ήταν αδιανόητη. Ο ισχυρισμός ότι το βέλος του χρόνου είναι απλή φαινομενολογία καταδεικνύεται άτοπος. Δεν είμαστε εμείς οι γεννήτορες του βέλους του χρόνου. Αντίθετα, είμαστε τα παιδιά του.

Πηγή: Ilya Progogine, «Το Τέλος της Βεβαιότητας, Χρόνος, Χάος και οι νόμοι της Φύσης», εκδόσεις κάτοπτρο, 1997.