#36 Czasem jest czas, czyli czas na fizykę Czasu

0. Wstęp.

Z tym czasem nikt do końca nie wie, jak jest.

To bardzo trudny temat, wielu, a właściwie większość fizyków ma ograniczone pojęcie, stosuje się bardzo oszczędne definicje.

Może zabrzmi to jak żart, ale podaje się określenia typu 'czas jest to wielkość, którą mierzą zegary', albo 'czas płynie w tempie 1 sekundy na sekundę'. I tym razem nie żartuję, podane wyżej definicje funkcjonują jako obowiązujące w fizyce. Mamy jeszcze 'jest to czwarty wymiar czasoprzestrzeni, poza trzema wymiarami przestrzennymi'.

I ostatnią definicją zajmiemy się dziś. Proszę mi wybaczyć rozwlekłość, ale przymierzałem się do wzięcia za barki z Czasem od... dłuższego już czasu ;)

1. Punkt po wstępie ;)

Czas to przede wszystkim pojęcie służące do mierzenia długości trwania wydarzeń. Jest głęboko zakorzeniona w naszej intuicji, ta koncepcja czasu, która wydaje się słuszna ;) Bo ona jest słuszna, ta koncepcja, prawda? ;) żarty na bok. Tymczasowo ;)

Pojęcie czasu służy także opisowi układów fizycznych w języku matematyki. W jaki sposób?

Prędkość to nic innego, jak przemieszczenie obiektu w danym czasie.

Niestety, dalej sprawa czasu się komplikuje. Bo w ujęciu Newtońskim jest on 'absolutny', czyli niezależny od innych zmiennych i parametrów fizycznych opisujących naszą Rzeczywistość, tak jakby istniał sobie zegar, który odmierza cały ten czas tak samo dla całego Wszechświata.

Z kolei Einstein uważał, że czas to tylko czwarty wymiar czasoprzestrzeni.

Dziś wielu teoretyków stawia znak negacji pod dwoma opisanymi wyżej koncepcjami czasu, i drąży głębiej. Uważa się, że czas jest bardziej realny, bardziej zakorzeniony w naszym świecie fizycznym, nie jest tylko suchym, stricte matematycznym, jakby nieuchwytnym pojęciem. Jak realnie spojrzeć na czas?

A może jako na miarę numeryczną kolejności zdarzeń? Czyli - czas służy do ustalenia kolejności wydarzeń, określa skutek i przyczynę.

I tym ostatnim podejściem się dziś zajmiemy.

2. Brak wymiaru czasowego.

Zwykliśmy uważać, że czas to absolutna wielkość fizyczna, która jest całkowicie niezależna, taką po prostu odgrywa rolę, jak 'wolny elektron na boisku piłki nożnej', taka 'dycha', rozgrywający. Zmienna 't', często opisywana jako 'x' na wykresach, które pokazują rozwój sytuacji w układzie fizycznym.

Ale czas bardzo często traktowany jest po macoszemu. Wyliczamy sobie za jego pomocą prędkość, częstotliwość pewnych obiektów. A wygląda to mniej więcej tak: w doświadczeniu istnieje ruch obiektu badań i 'tyknięcia' zegara, potem porównujemy jedno do drugiego i mamy pożądane zmienne.

A to malutkie 't' to tylko matematyczna wartość, bez odpowiednika w fizycznym świecie. Bo czy widzimy czas? Czy go czujemy? Widzimy ruch, widzimy drgania z pewną częstotliwością, ale czasu ni ma.

Krótko mówiąc: czas ma więcej wspólnego z przestrzenią, niż z wymyśloną kiedyś ideą 'absolutnego' czasu pewnego nadrzędnego nad wszystkim zegara.

Dlatego w tym momencie nasi badacze, którzy porywają się na zrozumienie w inny, niż dotychczas, sposób pojęcia czasu mówią, że nie ma czegoś takiego jak 3 wymiary przestrzenne w czasoprzestrzeni i jeden czasowy. Istnieją cztery wymiary przestrzenne. Mówi się, że Wszechświat jest 'bezczasowy'.

3. Czas jako wymiar przestrzenny.

Śmiałe teorie. Idziemy dalej!

Czas, być może, nie jest fizyczną wielkością, w której zachodzą zmiany w materialnych obiektach i na nich. Można uprościć sprawę - czas to po prostu liczbowe ustalenie pewnej kolejności zmian. Przy takim podejściu, twierdzą badacze, łatwiej wytłumaczyć zjawiska, takie jak grawitacja, elektrostatyka. Dlaczego? Bo są to zjawiska fizyczne, które mają związek ze zmianą w przestrzeni, w której zachodzą (owe zjawiska).

Einstein rzekł: 'Czas nie jest niezależny od zjawisk, a szczególnie od kolejności ich zachodzenia.'

Jest kolejnością zachodzenia wydarzeń.

4. Parę słów związanych z Planckiem.

Kolejna teoria na tapecie: Wszechświat jest 3-wymiarowy, od skali mikro, czyli objętości Plancka, do wielkich Dróg Mlecznych i olbrzymich Gromad. Nie ma w tej przestrzeni ani zagięcia, ani skrócenia odległości (inaczej 'skrócenia Lorentza'), a ni 'dylatacji czasu'. Jedyne, co istnieje, to fakt, że prędkość zmiany dla obiektów jest 'względna'.

5. Kolejność porządkowa w przestrzeni.

Weźmy taki foton w przestrzeni, poruszający się od punktu A do punktu B. Odległość składa z długości Plancka, dodanych do siebie. Odległość Plancka to najmniejsza możliwa odległość, jaką może pokonać foton. I pokonuje go, niestety, w czasie Plancka. Niestety, bo to znowu najkrótszy z możliwych czasów. I drugie niestety: mózg się gotuje... :)

Kiedy foton porusza się po danej prostej, i pokonuje jedną odległość Plancka, porusza się wyłącznie w przestrzeni, a nie w 'absolutnym' czasie Newtona. Porządek numeryczny jest taki: 1. punkt A., 2. punkt A + odległość Plancka, 3. punkt A + 2 odległości Plancka, itd. Pozycja 1 jest umiejscowiona w przestrzeni przed pozycją 2, pozycja 2 przed pozycją 3, itp. Jednak ta kolejność to nie kolejność w czasie... Pozycja 1 nie znajduje się przed pozycją 2 w czasie, tylko w przestrzeni.

Jak tłumaczą badacze, bez używania czasu jako czwartego wymiaru czasoprzestrzeni, można opisać świat dokładniej. Sugeruje się, że matematyczny model czasoprzestrzeni nie odpowiada fizycznej rzeczywistości oraz że bezczasowa przestrzeń dostarcza dokładniejszej struktury opisu.

6. Newtońskie pojęcie czasu.

Newtońska teoria czasu absolutnego jest bardzo sprytna, tak sprytna, że nie da się jej ani obalić, ani udowodnić, że jest prawdziwa. Próbowano, próbowano.

Z kolei teoria czasu jako kolejności porządkowej występowania zdarzeń jest możliwa do obalenia, na szczęście obalili ją ci sami naukowcy, którzy ją postawili. Zaorali się sami ;)

Do tego dochodzi bardzo fajne, niejako przy okazji odkryte, 'znalezisko'. Czas jako kolejność porządkowa występowania zdarzeń w przestrzeni może wyjaśnić paradoks Zenona - ten o Achillesie i żółwiu.

Paradoks Zenka można opisać mniej więcej tak: Achilles startuje do biegu z żółwiem. Daje mu fory, ale mimo, iż porusza się10x szybciej niż żółw, nigdy nie może go dogonić, ponieważ... Dziwne, co?

Na każdą jednostkę odległości, którą pokonuje Achilles, żółw przebiega 1/10 dalszego dystansu. Achilles biegnie, dobiega do miejsca, w którym stał żółw, ale gadzinka jest już 1/10 odległości achillesowej dalej. I tak w kółko! Do zakichanego końca.

Ale, wierzycie w to? że Achilles nie doścignie żółwia? Oczywiście, nie. Ale spróbujcie udowodnić!

To już trudniejsze.

Istnieje wiele wytłumaczeń, dlaczego samo doświadczenie myślowe jest podstępne i niełatwe do rozwiązania. Potrzebny jest trochę lepszy, niż intuicyjny, aparat matematyczny.

Dzięki naszemu pojęciu czasu jako kolejności zachodzenia zdarzeń w przestrzeni, można go wyjaśnić, paradoks ten.

Przedefiniowano prędkość - szybkość ruchu dwóch zawodników ocenia się według ich położenia w liczbowej kolejności punktów w przestrzeni, a nie według czasu. I według tej perspektywy, Achilles i żółw poruszają się tylko w przestrzeni; Achilles może prześcignąć żółwia w odniesieniu do przestrzeni, jednakże nigdy w 'absolutnym' (nie relatywnym, nie takim od Einsteina) czasie...

7. Przeszłość, przyszłość, teraźniejszość (zastanawiająca kolejność, nieprawdaż?).

Krótka objaśnianka, jak my, ludzie, intuicyjnie postrzegamy czas.

To proste, myślimy o przeszłości, teraźniejszości, przyszłości. Stąd już szybka droga do myślenia o mózgu jako o naszym zegarku, podręcznym, naszyjnym, naszej głowicy jądrowej tykającej niczym... Nie zdziwiłbym się, gdyby teraz Wasze i nasze mózgi w ten sposób tykały, grożąc wybuchem... :)

Jednak to nie wszystko. Idąc za tokiem rozumowania zawartym w powyższym poście, wielu naukowców (radzieckich, chińskich, amerykańskich, ki grzyb - mądrych głów!) wysnuło tezę, że mózg może 'myśleć' o czasie w sposób 'przestrzenny'. Dlaczego?

Ponieważ przy myśleniu o czasie aktywują się neurony, a właściwie ich skupiska, rozsiane po całym mózgu, a, jak wiadomo, są rozmieszczone w mózgu w sposób przestrzenny! To bardzo proste, prawda? Nikt się nie spodziewał takiego rozwiązania, ale to prawda.

I być może myślimy o czasie w kategoriach przeszłości, przyszłości i teraźniejszości, ale - te pojęcia mogą być tylko psychologiczną ramą, podstawą której jest doświadczanie zmian w materii na bazie przestrzeni.

Jednym słowem, myślimy o czasie, ale tak naprawdę rozumujemy w kategoriach przestrzeni.

Pomyślcie nad zdaniem: 'Dwie godziny drogi do Warszawy'. Droga to droga, czas to czas, a jednak - tak myślą nasze mózgi! Czas jako przestrzeń! To nasze myślenie intuicyjne...

A nasze biedne mózgi chciałyby już sobie dać spokój, prawda? Nie wiem, jak Wasze, ale mój ma dość czasu. Dość czasu, by pójść na spacer i nabrać dystansu, czyli... Przestrzeni! =>