Finns tiden? En fysikerperspektiv

Tid är verkligen ett mycket komplicerat ämne i fysik, och det finns människor som tror att tiden inte existerar. Ett vanligt argument de använder är att Einstein bevisade att allt är relativt, så tiden är irrelevant. I den mest sålda boken Hemligheten, författarna säger "Tid är bara en illusion." Är det verkligen sant? Är tiden bara ett tecken på vår fantasi?

Bland fysiker finns det inget tvivel om att tiden verkligen existerar. Det är ett mätbart, observerbart fenomen. Fysiker är bara delade lite om vad som orsakar denna existens och vad det betyder att säga att det finns. Faktum är att denna fråga gränsar till metafysiken och ontologin (existensfilosofin) som mycket som det gör på de strikt empiriska frågorna om tid som fysiken är välutrustad att ta itu med.

Frasen "tidens pil" myntades 1927 av Sir Arthur Eddington och populariserades i hans bok från 1928 Naturen av den fysiska världen. I grund och botten är tidens pil idén att tiden flyter i en enda riktning, i motsats till rymdmått som inte har någon föredragen orientering. Eddington gör tre specifika punkter när det gäller tidens pil:

1. Det erkänns levande av medvetandet.
2. Det insisteras lika av vår resonemangsfakultur, som säger att en vändning av pilen skulle göra den yttre världen nonsensisk.
3. Det visar sig inte i fysikalisk vetenskap utom i studien av organisationen av ett antal individer. Här anger pilen riktningen för progressiv ökning av det slumpmässiga elementet.

De två första punkterna är verkligen intressanta, men det är den tredje punkten som fångar fysiken i tidens pil. Den utmärkande faktorn för tidens pil är att den pekar i riktning att öka entropi, per Den andra termodynamiklagen. Saker i vårt universum förfaller som en kurs av naturliga, tidsbaserade processer... men de får inte spontant ordning utan mycket arbete.

Det finns emellertid en djupare nivå vad Eddington säger i punkt tre, och det är att "Det gör inget utseende i fysisk vetenskap förutom ..." Vad betyder det? Tid är överallt i fysiken!

Även om detta verkligen är sant, är det märkliga att fysikens lagar är "reversibla tid", vilket är att säga att lagarna själva ser ut som om de skulle fungera perfekt om universum spelades i omvänd. Ur fysiksynpunkt finns det ingen verklig anledning till att tidens pil nödvändigtvis ska gå framåt.

Den vanligaste förklaringen är att universum i det mycket avlägsna förflutna hade en hög grad av ordning (eller låg entropi). På grund av detta "gränsvillkor" är naturlagarna sådana att entropin ständigt ökar. (Detta är det grundläggande argumentet som framförs i Sean Carrolls 2010-bok Från evigheten till här: Quest for the Ultimate Theory of Timeäven om han går vidare för att föreslå möjliga förklaringar till varför universum kan ha börjat med så mycket ordning.)

En vanlig missuppfattning som sprids genom en oklar diskussion om relativitetens karaktär och annan fysik relaterad till tid är att tiden faktiskt inte existerar alls. Detta stöter på ett antal områden som vanligtvis klassificeras som pseudovetenskap eller till och med mystik, men jag skulle vilja behandla ett särskilt utseende i den här artikeln.

I den bästsäljande självhjälpsboken (och video) Hemligheten, författarna framförde uppfattningen att fysiker har bevisat att tiden inte finns. Tänk på några av följande rader från avsnittet "Hur lång tid tar det?" i kapitlet "Hur man använder hemligheten" från boken:

"Tid är bara en illusion. Einstein berättade för oss det. "

"Vad kvantefysiker och Einstein berättar för oss är att allt händer samtidigt."

"Det finns ingen tid för universum och det finns ingen storlek för universum."

Alla tre uttalandena ovan är kategoriskt falska enligt mest fysiker (särskilt Einstein!). Tid är faktiskt en integrerad del av universum. Som nämnts tidigare är det mycket linjära begreppet tid bundet till begreppet den andra lagen om Termodynamik, som ses av många fysiker som en av de viktigaste lagarna i alla fysik! Utan tid som universums verkliga egendom blir den andra lagen meningslös.

Det som är sant är att Einstein bevisade, genom hans relativitetsteorin, den tiden i sig var inte en absolut mängd. Snarare förenas tid och rymd på ett mycket exakt sätt för att bilda rymd-tid, och denna rymd-tid är ett absolut mått som kan användas - igen, på ett mycket exakt, matematiskt sätt - för att bestämma hur olika fysiska processer på olika platser interagerar med var och en Övrig.

Det gör det inte menar att allt händer samtidigt. I själva verket trodde Einstein fast - baserat på bevisen på hans ekvationer (t.ex. E = mc²) - att ingen information kan resa snabbare än ljusets hastighet. Varje punkt i rymdtid är begränsad i hur den kan kommunicera med andra regioner i rymdtid. Tanken att allt händer samtidigt strider mot de resultat som Einstein utvecklade.

Denna och andra fysikfel i Hemligheten är helt förståeligt eftersom faktum är att det här är väldigt komplexa ämnen, och de är inte nödvändigtvis helt förstås av fysiker. Men bara för att fysiker inte nödvändigtvis har en fullständig förståelse av ett begrepp som tid inte betyder att det är giltigt att säga att de inte har någon förståelse för tid, eller att de har skrivit av hela konceptet som overklig. De har säkert inte gjort det.

En annan komplikation i förståelsen av tiden demonstreras av Lee Smolins bok från 2013 Time Reborn: Från krisen i fysik till universumets framtid, där han hävdar att vetenskapen behandlar tid som en illusion (som mystikerna hävdar). Istället tror han att vi bör behandla tiden som en grundläggande verklig mängd och om vi tar den på allvar som sådan, kommer vi att avslöja fysiklagar som utvecklas över tid. Det återstår att se om detta överklagande faktiskt kommer att resultera i ny insikt i fysikens grunder.

Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph.D.