Lehet, hogy az idő tényleg nem létezik, és kezdjük megérteni, hogy miért

Kevés dolog van az életünkben, amit annyira magától értetődőnek veszünk, mint az idő múlását. Felkelünk, dolgozunk, megöregszünk, és közben ...

Kevés dolog van az életünkben, amit annyira magától értetődőnek veszünk, mint az idő múlását. Felkelünk, dolgozunk, megöregszünk, és közben folyamatosan úgy érezzük, hogy az idő könyörtelenül halad előre.

A múlt mögöttünk van, a jövő előttünk, a jelen pedig egy vékony, megfoghatatlan pillanat a kettő között. De mi van akkor, ha mindez csak látszat? Mi van, ha az idő – legalábbis úgy, ahogyan gondolunk rá – nem is létezik?

Amint a fizikusok egyre alaposabban vizsgálják az idő természetét, egyre furcsább következtetésekre jutnak. Olyanokra, amelyek szerint az idő visszafelé is folyhatna, ahol az ok és okozat felcserélődhet, sőt, ahol az egész univerzum időtlen lehet. Ez nem sci-fi: ez a modern elméleti fizika egyik legégetőbb kérdése.

Az idő három arca

Az idő különösségét nagyrészt az okozza, hogy valójában három teljesen eltérő módon definiáljuk, és ezek a definíciók nehezen illeszthetők össze.

Az első, legegyszerűbb fogalom az, amit a fizikai egyenletekben használunk. Amikor kiszámoljuk egy teniszlabda röppályáját vagy egy radioaktív atom bomlását, az idő csupán egy változó: egy szám, amely megmutatja, mikor történik valami. Ez az úgynevezett "koordinátaidő". Ebben az értelemben az idő nem több, mint egy matematikai címke, amelyhez eseményeket rendelünk.

A második meghatározás Einstein relativitáselméleteiből ered. Itt az idő már nem puszta segédeszköz, hanem a térrel egyenrangú dimenzió. A világegyetem nem három-, hanem négydimenziós: téridő. Ebben a képben a múlt, a jelen és a jövő egyaránt "létezik," ahogyan a tér különböző pontjai is léteznek egyszerre. Nem haladunk rajta, hanem mintegy "benne vagyunk".

Ráadásul a gravitáció és az idő szorosan összefonódik. Az általános relativitáselmélet szerint a tömeg és az energia meggörbíti az időt is: egy erősebb gravitációs térben az órák lassabban járnak. Az idő tehát nem abszolút, hanem rugalmas.

A harmadik időfogalom a termodinamikából származik, és talán ez áll legközelebb a hétköznapi tapasztalatunkhoz. Itt az idő irányt jelent: a múltból a jövőbe tartó nyilat. Ennek kulcsfogalma az entrópia, vagyis a rendezetlenség növekedése. A tojás összetörik, a jégkocka elolvad, a gáz szétterjed – és soha nem történik meg ennek a fordítottja. Ez az idő "nyila".

A gond csak az, hogy ez a három kép makacsul ellenáll az egységesítésnek.

Az első nagy probléma: idő a kvantumgravitációban

A modern fizika két pillére a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet. Az előbbi az elemi részecskék világát írja le, az utóbbi a bolygók, csillagok és galaxisok mozgását. Mindkettő elképesztően sikeres – de matematikailag összeegyeztethetetlenek.

Az elmúlt fél évszázad egyik legnagyobb kihívása egy olyan elmélet kidolgozása, amely egyesíti őket. Ezeket összefoglalóan kvantumgravitációs elméleteknek nevezzük. És itt ütközünk bele az idő első nagy problémájába: hogyan lehet összeegyeztetni a kvantummechanika "paraméter-időjét" a relativitáselmélet téridő-dimenziójával?

1967-ben John Wheeler és Bryce DeWitt megalkottak egy híres egyenletet, amely az egész univerzum kvantumállapotát volt hivatott leírni. Megdöbbentő módon ebben az egyenletben az idő egyáltalán nem szerepel. Mintha az univerzum alapvető leírásához nem lenne rá szükség. Innen származik az a radikális gondolat, hogy az idő talán csak illúzió.

Azóta számos új megközelítés született. Van, amelyik több dimenziós téridőben gondolkodik, mások szerint az idő valami még alapvetőbb jelenségből "bukkan fel". Olyan elképzelés is létezik, amely szerint az idő kvantált: ha elég mélyre "nagyítanánk," az idő nem folyamatos lenne, hanem apró egységekből állna, akárcsak az anyag.

A második nagy probléma: miért csak előre halad?

Tegyük fel, hogy valahogy sikerül egyesítenünk a kvantummechanikát és a gravitációt. Még akkor is marad egy zavarba ejtő kérdés: miért érzékeljük az időt egyirányúnak?

A fizika alapegyenleteinek többsége időszimmetrikus. Ha megfordítjuk bennük az idő irányát, ugyanúgy működnek. Elvileg semmi sem tiltja, hogy az univerzum "visszafelé" is történjen. Mégsem látunk eltört poharakat visszaugrani az asztalra.

Ez az a pont, ahol a termodinamika és az entrópia belép a képbe. Az idő nyilát gyakran az univerzum kezdeti, rendkívül alacsony entrópiájú állapotával magyarázzák. De ez inkább leírás, mint valódi magyarázat. Miért így indult minden? És hogyan illik ez bele a kvantumvilág időtlen egyenleteibe?

Kvantumösszefonódás: az idő kulcsa?

A megoldás egyik ígéretes iránya a kvantumösszefonódás. Ez a jelenség akkor lép fel, amikor két vagy több kvantumobjektum – például elektronok vagy fotonok – állapota elválaszthatatlanul összekapcsolódik. Nem különálló részecskékről beszélünk többé, hanem egyetlen közös kvantumrendszerről.

A kvantummechanika szerint egy részecske tulajdonságai nem feltétlenül meghatározottak a mérés előtt. Egy elektron lehet egyszerre több helyen, vagy többféle spinállapotban. Ha két részecske összefonódik, akkor az egyik megmérése azonnal meghatározza a másik állapotát is – függetlenül a távolságtól.

Ez nem ritka furcsaság, hanem az univerzum egyik legalapvetőbb működési módja. Minden kölcsönhatás összefonódást hoz létre, így végső soron az egész kozmosz egy hatalmas, összefonódott kvantumrendszernek tekinthető.

1983-ban Don Page és William Wootters merész ötlettel álltak elő. Szerintük az idő maga az összefonódás egyik következménye lehet. Képzeljünk el egy kvantumórát, amely összefonódik a környezetével. Az egész rendszer időtlen lehet, de amikor "leolvassuk" az órát, a környezet egyszerre egy adott állapotba kerül – mi pedig ezt az állapotot észleljük, mint a jelen pillanatot.

Ebben a képben az idő nem univerzális folyam, hanem belső tapasztalat. Az univerzum egésze számára minden idő egyszerre létezik, de a benne lévő megfigyelők számára az összefonódás miatt mégis van "most".

Amikor az ok és okozat elmosódik

Ha az idő kvantumos, akkor az ok-okozati viszony sem feltétlenül szent és sérthetetlen. A klasszikus gondolkodás szerint az ok mindig megelőzi az okozatot. A relativitáselmélet azonban már megmutatta, hogy bizonyos események sorrendje függhet a megfigyelőtől, ha nincs közöttük okozati kapcsolat.

A kvantummechanika ezt még tovább bonyolítja. Elvileg létrehozható olyan állapot, ahol két esemény sorrendje nincs rögzítve: az egyik egyszerre történik előbb és később, mint a másik. Ezt "határozatlan kauzalitásnak" nevezik.

Ha ehhez még a gravitációt is hozzávesszük, a helyzet szinte szürreálissá válik. Képzeljünk el két összefonódott kvantumórát, amelyek különböző magasságokban lebegnek a Föld felszíne felett. Az általános relativitáselmélet szerint eltérő ütemben járnak. Ha ezek az órák egyszerre több magassági állapot szuperpozíciójában vannak, akkor nemcsak az idő múlása, hanem az események sorrendje is bizonytalanná válhat.

És ha nem tudjuk eldönteni, mi volt előbb és mi volt később, akkor felmerül a hátborzongató lehetőség: a jövő befolyásolhatja a múltat. Egyes fizikusok szerint a retrokauzalitás – vagyis az időben visszaható okozatosság – nem kizárt a kvantumvilágban.

Mi marad az időből?

Lehetséges, hogy végül kiderül: az idő nem egyetlen, egységes fogalom. Másképp viselkedik a makroszkopikus világban, másképp a kvantumszinten, és megint másként a kozmológia legmélyebb rétegeiben. Lehet, hogy egyszerre dimenzió, mérőszám és irány – attól függően, milyen nagyítással nézzük a valóságot.

Az is elképzelhető, hogy a hétköznapi időélményünk csupán egy "közelítés". Egy praktikus, de nem alapvető leírása annak, ami valójában sokkal összetettebb és idegenebb az intuitív gondolkodásunktól.

Vagy talán még ennél is radikálisabb válasz vár ránk: hogy az idő, ahogyan ismerjük, nem létezik – csak mi létezünk benne, és próbáljuk értelmezni azt, amit az univerzum enged látni.

Egy biztos: minél mélyebbre ásunk az idő természetében, annál inkább kicsúszik a kezünkből. És lehet, hogy épp ez a fizika egyik legszebb tanulsága: néha a legbiztosabbnak hitt fogalmainkról derül ki, hogy a legrejtélyesebbek. (1)

(1) - https://www.sciencefocus.com/science/