Nimamo časa, vsaj ne absolutnega

»Čas teče hitreje v gorah in počasneje v nižinah.« S to ugotovitvijo se začne nova knjiga Carla Rovellija, teoretičnega fizika z Univerze Aix-Marseille, ki tudi bralca brez specialne izobrazbe vešče popelje od starogrških mislecev mimo Newtona in Einsteina do najnovejših raziskav o naravi časa; in mu ob tem dovoli uživati v tekstu izjemne širine, smiselnih povezav in končno predpostavk, ki lahko – če se bodo izkazale za utemeljene – marsikaj povedo tudi o nas samih. Vsekakor izjemna pot, ki prekaša Hawkingove poljudne tekste.

S prvim stavkom uvoda se najbrž strinja vsak, ki se je iz nižinske megle za praznike odpravil v hribe. A razliko pokažejo tudi natančne ure, ki jih, kot omeni Rovelli, dandanes lahko kupimo že za kakih tisoč evrov. Rezultat je sicer majhen: leto je za tistega, ki ga preživi 1000 metrov višje, za tri milijoninke sekunde daljše.

Vzrok je v tem, da je višji opazovalec bolj oddaljen od središča Zemlje in zato živi v šibkejšem gravitacijskem polju. Na satelitu Gaia, ki je oddaljen 1,5 milijona kilometrov od Zemlje, razlika nanese dve stotinki sekunde na leto. Nasprotno pa čas teče počasneje za hitro gibajočega se popotnika. Tako na mednarodni vesoljski postaji, ki kroži okrog Zemlje s hitrostjo 7,6 kilometra v sekundi, ure v enem letu zaostanejo za devet tisočink sekunde. Tovrstne korekcije so odločilne za delovanje satelitskih navigacijskih sistemov v avtomobilih in na mobilnih telefonih, saj v milijoninki sekunde svetloba prepotuje razdaljo 300 metrov.


 

Čas ne teče enakomerno

Oba vpliva pojasnjuje Einsteinova relativnostna teorija. Hitrost teka časa je torej za različne opazovalce različna. Absolutni, enakomerno tekoči, univerzalni čas, ki je bil temelj Newtonove slike sveta, ne obstaja. Vsakdo ima svoj čas, ki teče tako, kot mu narekujeta položaj in gibanje. Ne obstaja niti univerzalna sočasnost. S tem je čas izgubil »svojo prvo lupino, svojo enoličnost. Na vsakem mestu teče v drugačnem ritmu, z drugim korakom. Ta svet je preplet plesov …« Rovelli sklene prvo poglavje.

Tu dobi knjiga tudi naslov. Rovelli vplete misel grškega filozofa Anaksimandra, ki je v 6. stoletju pred našim štetjem zapisal: »Stvari se spreminjajo iz ene v drugo po nujnosti in si delijo pravico po zapovrstju časa.« Ritem časa se stalno spreminja. Torej ne gre za »red časa«, ki bi kazal na njegovo enakomerno tiktakanje. Ne gre niti za »zaporedje«, saj je člene matematičnega zaporedja mogoče izračunati vnaprej. Pri času je drugače, teče odvisno od okoliščin, od tega, kam in kako hitro gremo. Še vedno pa teče iz preteklosti v prihodnost, prava besedna zveza je torej »zapovrstje časa«, brez asociacije na napovedovanje prihodnosti.

Tako je v naslovu prevod profesorja Alojza Kodreta presegel original, ki knjigo naslovi z L'ordine del tempo, ali njegove prevode Order of time, L'ordre du temps, Die Ordnung der Zeit, El orden del tiempo ter A ordem do Tempo. V jasnosti in teku jezika bralec uživa skozi vso knjigo, besedišče pa prav nič starinsko bogatijo tudi izrazi, kot so žitje, bitje ali zankovna teorija. Če kaj, taka besedila bogatijo domače strokovno izrazje.


 

Časovna puščica

Fizikalne enačbe večinoma ne ločijo med preteklostjo in prihodnostjo. Newtonovi zakoni mehanike, Maxwellove enačbe elektrike in magnetizma, Einsteinove relativnostne enačbe ali enačbe kvantne mehanike Heisenberga, Schrödingerja in Diraca veljajo tudi, če bi čas tekel vzvratno. Film sukanja pijače v kozarcu lahko zavrtite nazaj, pa bo videti enako prepričljiv.

Smer časovne puščice je očitna le pri toploti. V resnici se pijača sčasoma umiri, saj zaradi trenja ob kozarec nastane nekaj toplote. Tako vemo, da je film, v katerem se mirujoča pijača sama od sebe začne sukati, zavrten nazaj. Kot pravi Rovelli, naše misli tečejo iz preteklosti v prihodnost in nikoli obratno, in dejansko se ob mišljenju v glavi sprošča toplota.

Količina, ki meri to nepovratno spremembo, je entropija. Ta odslikava vrvenje molekul vode v kozarcu. V toplejši pijači se gibljejo bolj neurejeno kot v hladnejši. In nered se s časom lahko le veča, saj je skrajno neverjetno, da bi se nepreštevno veliko število molekul v pijači nenadoma brez zunanjega vpliva zasukalo v isto smer. Tako je z entropijo, ki sta jo uvedla Clausius in Boltzmann, čas dobil svojo smer, ki ločuje med preteklostjo in prihodnostjo.
 

Kvanti časa

Ti razmisleki vključujejo klasično fiziko in relativnost, ne pa tudi kvantne mehanike, ki razlaga svet od velikosti molekul navzdol. Kvantna fizika prinese nove lastnosti časa. Ne le da teče za vsakogar drugače, ampak ob tem »po svoje fluktuira ali opleta in je nejasen, kot bi bil v oblaku: povrhu vsega pa lahko zavzame le nekatere vrednosti, drugih pa ne«. Ta zrnatost časa je vezana na izjemno majhne korake, ki morajo biti primerljivi s tako imenovanim Planckovim časom. Dobimo ga tako, da Planckovo konstanto, gravitacijsko konstanto in hitrost svetlobe združimo v količino z enoto sekund. Rezultat je približno 10^-43 sekunde. To je nepredstavljivo majhna številka. Zamislite si, da bi celotno Zemljo zdrobili v zrna prahu velikosti tisočinke milimetra in jih nato drugo za drugim v tisočinki sekunde požrli. Za en prašek bi pri tem porabili približno Planckov čas.

Združitev gravitacije in kvantne fizike še ni bila uspešna. Rovelli je eden najaktivnejših raziskovalcev na področju zankovne teorije, ki pa ni edina smer trenutnih raziskav. V drugem delu knjige predstavi razmisleke in včasih še nepotrjene domneve in sklepe iz delavnice sedanje fizike. Omenja delo Brycea DeWitta in Johna Wheelerja (pri prvem je leta 1971 z disertacijo o trku črnih lukenj doktoriral naš profesor Andrej Čadež). Poudari, da njuna enačba kvantne gravitacije, ki sta jo zapisala leta 1967, ne vsebuje časovne spremenljivke. »V teoriji te vrste prostor in čas nista več splošna okvira in splošni lastnosti sveta. [Kvantna dinamika] sama zase ne pozna ne prostora ne časa, samo dogodke in povezave med njimi. Svet, ki ne pozna časa iz osnov fizike.«


 

Mi in čas

V zadnjih poglavjih avtor govori o naših interakcijah s svetom. Razloži, da je entropija, in ne energija tista, ki poganja svet. Stroji in tudi živa bitja mehansko, kemično, električno ali potencialno energijo pretvarjajo v toploto, ki odteka v hladnejša telesa. Od tam pa je brez stroška ne moremo vrniti v uporabo za gojenje rastlin ali pogoj strojev. K sreči je Zemlja blizu Sonca, ki je izdaten vir nizke entropije v obliki energije vročih fotonov vidne svetlobe. To energijo Zemlja skoraj v celoti vrača v vesolje v obliki hladnejših fotonov infrardeče svetlobe, ki imajo višjo entropijo. »Skoraj«, ker gre razlika na račun globalnega segrevanja.

Sonce ima nizko entropijo, ker je medzvezdni oblak, iz katerega je nastalo, imel še nižjo entropijo. In tako se entropija oziroma nered v vesolju stalno veča. K sreči gre to počasi. V času, ki je enak trenutni starosti vesolja, se v tipični zvezdi komaj desetina vodika z nizko entropijo spoji v helij z višjo entropijo. Preostalih devet desetin vodika bo tako usodo dočakalo šele v eni od naslednjih generacij zvezd.

Kot zaključi Rovelli, je tudi »življenje mreža procesov za povečanje entropije, ki se medsebojno katalizirajo. Ni res, kot se včasih trdi, da ustvarja življenje strukture, ki so posebno močno urejene ali ki v malem nižajo entropijo: to je čisto preprosto proces, ki se napaja z nizko entropijo iz hrane; je le v sebi uravnano povečevanje nereda, tako kot v vesolju nasploh.« Dr. Tomaž Zwitter je profesor na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani.