„Panta rhei”

„Wspaniałą właściwością czasu jest to, że płynie.”

Arthur Eddington

Przemijanie ...

... jeden z najbardziej niepokojących elementów naszego życia. Przemijanie zmusza inteligentnego człowieka do spojrzenia w przeszłość, do weryfikowania swoich przemyśleń, wyciągania wniosków z uzyskanych doświadczeń, zmianę swojego światopoglądu, a w rezultacie do działania. Przemijanie jest bardzo ściśle związane z indywidualnym odbiorem tego co nazywamy czasem. Czym jednak jest czas? Co oznacza, że czas płynie? Co takiego „płynie”?

Różne encyklopedie podają co najmniej kilka definicji czasu. Wskazuje, to na fakt, że nie tak łatwo wytłumaczyć, czym faktycznie jest czas. Zresztą proszę na własny użytek stworzyć swój własny opis pojęcia czasu i przedstawić go drugiemu człowiekowi. Okazuje się, że nawet najwięksi geniusze znanych nam czasów mieli olbrzymie problemy z próbą definicji tego pojęcia. Z drugiej strony spróbujmy powiedzieć kobietom, że nie ma czegoś takiego jak upływ czasu :) .
Wiele wieków temu św. Augustyn, jeden z najbardziej wpływowych myślicieli zajmujących się kwestią natury czasu, udzielił trafnej, lecz zarazem enigmatycznej odpowiedzi na pytanie czym jest czas: „Jeśli nikt mnie nie o to nie pyta, wiem. Jeśli pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem”.

Według Newtona istnieje tylko jeden, uniwersalny i wszechobejmujący czas – płynie on w jednostajnym tempie i nic nie wywiera na niego wpływu. Jest więc absolutny i obiektywnie jednakowy w całym wszechświecie. Newton nie definiował czasu, podobnie zresztą jak nie definiował pojęcia samej przestrzeni. Uważał je za niezmienne elementy „areny” Kosmosu, w którym zachodzą wszystkie zjawiska fizyczne.

Irlandzki filozof George Berkeley oponował, iż bez umysłu, który by postrzegał ruch, sama idea czasu staje się zwykłą iluzją. Także niemiecki uczony Leibniz sprzeciwiał się teorii Newtona utrzymując, że czas jest porządkiem następstwa zdarzeń zachodzących w świecie - bez świata (zdarzeń) nie może być mowy o żadnym czasie.
Szczególna teoria względności Einsteina wprowadziła do fizyki nowe pojęcie czasu. Okazało się, że upływ czasu zależny jest od prędkości układu odniesienia, w którym się go mierzy. Jeżeli znajdujemy się na powierzchni Ziemi i mija nas przyjaciel w statku kosmicznym poruszającym się z prędkością zbliżoną do prędkości światła, wydaje nam się, że jego zegar chodzi wolniej od naszego (dylatacja czasu). W życiu codziennym różnice te są niemierzalne, jednak w przypadku układów poruszających z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła różnica pomiaru jest już bardzo duża.

Trwałość pamięci - Salvador Dali

W jaki sposób można dostrzec upływ czasu?
Najczęściej czas kojarzymy z jakimikolwiek zmianami. Z góry zakładamy, że jeżeli coś uległo zmianie, to musiało to zająć pewien okres czasu. Takie podejście jest jak najbardziej poprawne. Pewnie większość z nas pamięta, że niektóre lekcje w szkole ciągnęły się w nieskończoność, a inne leciały „jak z bicza trzasnął”. A przecież nasz zegarek odliczał te same 45 minut! Wkraczamy tu na obszar poruszony przez Einsteina dotyczący relatywizmu czasowego. Czas okazuje się pojęciem względnym, ale nie tylko w sensie psychologicznym. Upływ czasu jest również uzależniony od tego co dzieje się wokół nas i z nami, gdzie się znajdujemy i w jakich warunkach fizycznych. Inaczej płynie kiedy stoimy w miejscu, inaczej kiedy się poruszamy. Również siła grawitacji ma zasadniczy wpływ na upływ czasu. W pobliżu wielkich skupisk materii czas płynie wolniej niż w pustej przestrzeni. Na „granicy” czarnych dziur, w odległości zwanej horyzontem zdarzeń, czas zwalnia swój bieg prawie do zera!

Prędkość upływu czasu dostrzegamy poprzez pracę tzw. zegarów, czyli zjawisk lub urządzeń rejestrujących zmiany parametrów tych zjawisk. Mogą to być zjawiska przyrodnicze (np. wzrost i obumieranie organizmów żywych), astronomiczne (np. pory roku), fizyczne (np. wahadło, drgania elektromagnetyczne) lub inne.

Dzisiejsze zegary potrafią mierzyć upływ czasu z niesamowitą dokładnością. Dotychczas najbardziej dokładnym zegarem atomowym był zegar rtęciowy, stworzony w National Institute of Standards and Technology (NIST) w roku 2006. Zegar ten spóźniał się o sekundę dopiero po upływie 400 milionów lat. Jednakże fizycy z instytutu NIST skonstruowali niedawno zegar, w którym dopuszczalne odchylenie, równe jednej sekundzie, zostanie przez zegar „zebrane” dopiero za 3,7 miliarda lat! Prowadzone są również badania nad tzw. zegarem pulsarowym, opartym w swoim działaniu na odbieranych z kosmosu cyklicznych impulsach radiowych gwiazd neutronowych. Nad tym rozwiązaniem pracują również polscy naukowcy z Gdańska z niemałym sukcesem. Tutaj stabilność czasu sięgnie niewyobrażalnej granicy 10 do potęgi -18 s/s. Tylko co faktycznie te zegary mierzą? Czy rzeczywiście upływ czasu, czy też po prostu obserwują następujące po sobie cykliczne zmiany parametrów jakiegoś zjawiska? 

Czy zegary faktycznie mierzą czas?

Okazuje się, że najbardziej podstawowym elementem umożliwiającym zrozumienie pojęcia  czasu i jego upływu jest po pierwsze - istnienie świadomego obserwatora, a po drugie - posiadanie przez niego pamięci! Proszę zauważyć, że wyłącznie pamięć „podpowiada” nam, że „przed chwilą” świat wokół nas był inny. Gdyby informacje o zdarzeniach wokół nas nie można było przechować w mózgu lub w jakimś innym urządzeniu i porównywać je ze sobą, to nie potrafilibyśmy odróżnić teraźniejszości od przeszłości. Czyż na podstawie jednego zdjęcia lub jednej klatki z filmu potrafimy powiedzieć, co było przed, a tym bardziej co się zdarzy potem? Czy sama obserwacja zegarka lub zjawiska cyklicznego pozwala nam „odczuć” upływ czasu? Zdecydowanie nie. Musimy mieć świadomość tego, a dokładnie pamiętać, że coś zmieniło się wokół nas, że pewne elementy naszej rzeczywistości zmieniły swoje położenie, swój kształt czy np. stan energetyczny. Jakiekolwiek zapamiętane zmiany podpowiadają naszej świadomości, że jest różnica między stanem zapamiętanym a obserwowanym. Ten fakt powoduje, że inteligentni obserwatorzy naszego świata czym dłużej żyją, tym dostrzegają coraz więcej dowodów na to, że nic nie stoi w miejscu. Panta rhei …

Fizycy definiując pojęcie upływu czasu zwracają uwagę na istnienie tzw. „strzałki czasu”, czyli arbitralnie wytyczonego kierunku upływu czasu. Czym ona jest? Zwróćmy uwagę, że przebieg pewnych zjawisk czy też procesów wyraźnie odbywa się w wyróżnionym kierunku. Doskonale wiemy, że rozbita szklanka nigdy sama z siebie nie wróci do dawnego kształtu. Ciepło z naszego kaloryfera nie wróci samoistnie do grzejnika i pieca centralnego ogrzewania, a tym bardziej nie zamieni się z powrotem w gaz czy węgiel, z którego powstało. Również usmażona jajecznica nie zamieni się z powrotem w jajka, nawet jeżeli będziemy czekać miliardy lat. Pewne naturalne procesy są nieodwracalne, a więc mogą przebiegać tylko w jednym kierunku. Ten kierunek wyznacza w tym wypadku tzw. strzałkę termodynamiczną. Co prawda teoria kwantowa zakłada pewne skończone prawdopodobieństwo zaistnienia takiej nienormalnej sytuacji, ale czas oczekiwania na to przekracza znacznie wiek naszego Wszechświata.

Drugim, bardzo istotnym z punktu widzenia człowieka, elementem odróżniającym kierunek upływu czasu jest pamięć inteligentnego obserwatora. Dlaczego pamiętamy przeszłość, a nie „pamiętamy” przyszłości? Nasze doświadczenie życiowe podpowiada, że to jest naturalne, ale dlaczego tak faktycznie jest? Ten wyróżniony kierunek zmian można nazwać „strzałką psychologiczną”. Istnieje ona tylko w naszej głowie, ale poniekąd jest skutkiem istnienia strzałki termodynamicznej, gdyż nasz mózg, zbudowany jest z atomów i cząsteczek, które również podlegają prawom termodynamiki. Oczywiście zakładając, że mózg jest jedynym miejscem przechowywania historii zdarzeń, czyli pamięcią, z czym niekoniecznie trzeba się zgadzać.

Strzałka czasu ...

Trzecią, równie istotną strzałką czasu jest strzałka kosmologiczna. Związana ona jest z faktem, że nasz Wszechświat (traktowany jako pewna całość) systematycznie rozszerza się, czyli zwiększa wszystkie swoje wymiary. Dotyczy to zarówno wymiarów przestrzennych, jak i czasowego. Być może również innych nieznanych nam wymiarów. Obserwujemy, że ewolucja naszego Wszechświata przebiega w ściśle określonym kierunku – od Wielkiego Wybuchu, gdzie wszystkie jego wymiary były równe lub bardzo zbliżone do zera – do obecnych rozmiarów rzędu miliardów lat światła. Dokonane obserwacje astrofizyczne potwierdzają ten kierunek upływu czasu.

Z pojęciem termodynamicznej strzałki czasu wiąże się ściśle pojęcie entropii. Wyobraża ono fundamentalną cechę naszego Wszechświata, który bezustannie dąży do śmierci cieplnej, czyli do jednorodnego, równomiernego rozmieszczenia materii i energii w przestrzeni. Entropia jest miarą nieuporządkowania pewnego układu energetyczno-materialnego. Każdy układ zamknięty dąży do równowagi, w której entropia osiąga maksimum. Nasz Wszechświat jest tak „zaprogramowany”, że w normalnych warunkach, przy ustalonym kierunku upływu czasu, „umrze” w skończonym czasie. Możliwe jest też, że ilość materio-energii jest wystarczająca, aby odwrócić kierunek ekspansji i Wszechświat zacznie się kurczyć. 

Innym elementem naszej rzeczywistości, który może odwrócić kierunek ekspansji Wszechświata ku śmierci jest ŻYCIE. Proszę zauważyć, że żywe stworzenia mogą odwracać kierunek entropii, co powoduje lokalne zmiany zmniejszające entropię, czyli przejście do wyższej organizacji układu (porządku). Warunkiem jest wykonywanie pracy. Być może kiedyś człowiek zapanuje nad materią, energią i czasem i będzie miał wpływ na losy całego Kosmosu.

Czy w takim razie można odwrócić kierunku upływu czasu? Jest to niedoścignione marzenie nie tylko naukowców, ale przede wszystkim większości zwykłych ludzi. Któż z nas nie chciałby znowu być piękny, młody i na dodatek jeszcze bogaty? Obecna fizyka nie zaprzecza takim marzeniom. Zgodnie z powstałymi teoriami i równaniami opisującymi nasz Wszechświat nic nie stoi na przeszkodzie, aby odwrócić kierunek upływu czasu, czyli podróżować w czasie. W tym momencie pojawia się oczywiście wiele problemów natury technicznych i pytań o skutki naruszenia podstawowych zasad naszego świata jaką jest np. przyczynowość. Z pewnością większość z nas zna opis paradoksu dziadka. Spróbujmy sobie wyobrazić skutki takiej sytuacji, w której wnuczek cofa się w czasie i zabija własnego dziadka? W takim razie w jaki sposób narodziłby się jego ojciec, a tym bardziej on sam?

Wehikuł czasu Herberta George'a Wells'a

O ile jeszcze podróż w przeszłość potrafimy sobie wyobrazić, gdyż w zasadzie możemy cofnąć się do tego, co kiedyś faktycznie istniało (chociażby w naszej pamięci), to podróż w przyszłość jest dla nas całkowicie niezrozumiała. Jak można udać się do czegoś, co jeszcze nie powstało? Kto stworzył tę rzeczywistość? Tego typu pytania są jak na razie czystą fantazją, aczkolwiek bardzo interesującą z punktu widzenia możliwości dokonania zmian w przeszłości własnej lub kogoś innego poprzez uzyskanie informacji z przyszłości. Tutaj też kłania się zasada przyczynowości w jeszcze mocniejszym wymiarze.

Wymiar czasowy naszego Wszechświata jest niezmiernie istotny dla jego i naszego istnienia. Z pewnością jest on najmniej poznanym elementem jego struktury, ale wywiera przemożny wpływ na wszystko wokół nas. W dalszym ciągu nie wiemy, czy czas ma charakter kwantowy jak np. materia czy energia, czy też jest ciągły w swej strukturze. Czy istnieje możliwość poruszania się w tym wymiarze, podobnie jak w wymiarach przestrzennych?

Dzisiaj chyba jeszcze za wcześnie próbować odpowiadać na pytanie „w czym płynie” czas. W przypadku materii lub energii dosyć dobrze rozumiemy jak przebiega ich przemieszczanie w obrębie czasoprzestrzeni. Jednakże nie można znaleźć niczego, co odpowiadałoby za fizyczne pojęcie czasu i jego upływu. Wszelkie próby włączenia czasu w obręb fizyki kwantowej kończy się jego eliminacją. Czas znika!

Jak na razie ten nieuchwytny element naszej rzeczywistości, pomimo braku dokładnej definicji, ma zdecydowanie największy wpływ na rozwój ludzkości, zarówno w sensie indywidualnym jak i cywilizacyjnym. To właśnie świadomość przemijania rozbudza w nas różne emocje. Pobudza do działania i próby przeciwstawieniu się nieuchronnemu, ustalonemu „porządkowi rzeczy”. Człowiek z natury jest przekorny i chciałby zmieniać lub naginać świat do swoich potrzeb czy marzeń. Prowadzi to z jednej strony do powstania genialnych wytworów ludzkiej myśli, wspaniałych dzieł sztuki, ale też czasami świadomość czasowej ograniczoności życia człowieka prowadzi ku jego upadkowi i upodleniu. To ograniczenie wyzwala w człowieku bunt i chęć trwania bez końca. Jeżeli nie materialnie, to chociażby w pamięci innych ludzi lub w stworzonych przez siebie dziełach. Z tego też powodu wydaje się, że warto „żyć tak jakbyś miał umrzeć jutro, ale marzenia mieć takie jakbyś miał żyć do końca świat” ...

Brzeg, 2009

JERZY SALAK

WSZECHŚWIAT i MY