Illustreret Videnskab (Denmark)
Fysiker vil slå tiden ihjel
Forstår vi tiden, forstår vi alting. Tid er nøglen til universets dybeste hemmeligheder – men nogle forskere mener, at første skridt ligger i at erkende, at tiden slet ikke findes.
Et aeg ligger knust på gulvet. Pludselig begynder blomme, hvide og skal at samle sig. Blommen finder sin runde form, hviden samler sig omkring den, og fragmenterne af skallen hvirvler på plads. Det lyder vanvittigt, for alle kan med egne øjne konstatere, at aeg kan gå i stykker, men ikke samle sig igen. Grunden er, siger vi, at tiden kun går i én retning. Fremad. Men behøver den at gøre det? Ikke nødvendigvis, lyder svaret ifølge fysikeren Carlo Rovelli. Kigger vi på universets helt grundlaeggende bestanddele og naturlove, må vi lede forgaeves efter tiden. For de mindste partikler kan forlaens og baglaens vaere ét fedt. Og så kan et aeg faktisk samle sig igen.
Fremtiden er mere sandsynlig
I dag prøver teoretiske fysikere at naerme sig tiden på utraditionelle måder. Selvom tidens gang er åbenbar for os alle, er fysikere som italienske Carlo Rovelli overbeviste om, at tid i bund og grund er en illusion. Rovelli er blot den seneste i en lang raekke af forskere, der har forsøgt at få bedre greb om tiden. En af de mest betydningsfulde var den østrigske fysiker Ludwig Boltzmann. Han bragte os i 1877 lidt taettere på en afklaring af, hvad der adskiller fortid, nutid og fremtid, da han fandt frem til en formel for entropi – et udtryk for graden af uorden.
Når vi altid bevaeger os fra fortid mod fremtid, for eksempel fra et helt til et udsplattet aeg, og ikke omvendt, skyldes det, at entropien altid stiger. Det gør den, fordi der er umådelig mange flere måder, hvorpå aeggets molekyler kan vaere spredt på, når det er slået itu, end når molekylerne er samlet i et helt aeg. Der er altså langt større sandsynlighed for, at aeggets bestanddele befinder sig i en eller anden form for udsplattethed end som et samlet hele.
Når tiden går, giver det mening, at begivenheder sker i en raekkefølge, hvor det usandsynlige – at aegget er helt – efterfølges af det mere sandsynlige – at aegget er knust. Rent teoretisk er det ikke umuligt, at aegget kan samle sig igen og svaeve op på bordet – det er bare ekstremt usandsynligt.
Boltzmanns teori om entropien fortaeller ikke, hvad tiden helt fundamentalt er for en størrelse, blot hvilken retning den tilsyneladende har. Den forudsaetter i øvrigt, at universet begyndte med en ekstrem orden, så det gennem milliarder af år kan blive stadig mere rodet. Og så har teorien en helt afgørende begraensning: Den giver kun mening for objekter, som er sat sammen af mange elementarpartikler.
Hvis forskerne i stedet ser på de enkelte elementarpartikler hver for sig, er der ingen foretrukken retning for tiden – den går lige godt begge veje.
Einstein udslettede nuet
Boltzmanns entropi giver os ikke en fundamental forklaring på tid. Sådan en forklaring kraever en teori, der ikke blot kan rumme vores opfattelse af tidens gang og retning, men også tiden som en fjerde dimension. I 1905 kom fysikeren Albert Einstein frem til, at tiden ikke går i en fast takt overalt i universet. Med sin specielle relativitetsteori viste Einstein, at tidens gang afhaenger af hastigheder, og derfor vil to ure komme ud af takt, hvis det ene bevaeger sig hurtigere end det andet. Tiden er en ekstra dimension, som ikke alle bevaeger sig lige hurtigt igennem. Og i 1915 fandt Einstein ud af, at det ikke kun er forskel på hastigheder, der får ure til at komme ud af takt. Med sin almene relativitetsteori sammenkaedede han rum og tid og forklarede tyngdekraft som en krumning i rum-tiden. Alt stof i universet påvirker både rummet og tiden omkring sig, så jo taettere du er på et tungt objekt, desto langsommere går tiden. Når tiden er bøjelig, kan vi ikke laengere blive enige om et “nu”, og vi har ingen faelles forståelse af, hvad der er fortid og fremtid. Teorien passer dårligt med vores intuition, men utallige eksperimenter har bekraeftet den.
Ny teori undvaerer tiden
Konsekvensen af Einsteins teori er, at tiden ikke er lineaer, men relativ og bøjelig. Carlo Rovelli tager skridtet videre. Han arbejder på en teori, der kombinerer Einsteins relativitetsteori med kvantemekanikken på en måde, hvor tid slet ikke indgår. I kvantemekanikken har naturen en tendens til at vaere opdelt i små, afgraensede portioner. Rovelli er overbevist om, at det også gaelder selve rummet. I teorien kaldet loopkvantegravitation består rummet af uhyre små løkker, hver på cirka 10-35 meter, der er vaevet sammen i et ekstremt finkornet netvaerk. Mindre størrelser eksisterer simpelthen ikke i denne teori.
I Rovellis teori er hverken rum eller tid fundamentale størrelser, men i stedet noget, der opstår som følge af relationer mellem de små løkker. Der er ingen fortid eller fremtid, men blot fysiske størrelser, der udvikler sig i forhold til hinanden. Tiden findes ikke rigtig. I stedet findes begivenheder – lidt som da den graeske filosof Aristoteles taenkte, at tid kun eksisterer som et mål for aendringer, for hvis intet skete, ville tiden heller ikke gå.
Når vi alligevel opfatter tidens faste gang og har en sikker fornemmelse af dens retning, skyldes det ifølge Rovelli vores begraensede synsvinkel og viden om universets mange bestanddele. Vi vekselvirker kun med en lille del af verden, så vi behøver ikke at bekymre os om relativitetsteoriens bøjelige tid, og vi ser ikke det mikroskopiske netvaerk af begivenheder i kvantemekanikkens underliggende virkelighed.
Kendte vi sammenhaengen mellem alle begivenheder i universet, var vi haevet over tiden. Men i den grovkornede, makroskopiske verden ser tiden ud til at gå fremad, selvom den slet ikke eksisterer i de fysiske love, der beskriver universet på det allermest fundamentale plan.
Ikke alle er enige med Rovelli; for eksempel haelder fysikeren Lee Smolin mere til, at det tvaertimod er tiden, der er den mest fundamentale størrelse. Resten af universet, herunder selve rummet og alle fysiske love, udspringer fra tiden. Smolin tøver ikke med at kalde spørgsmålet om tidens natur for det vigtigste inden for teoretisk fysik – og selvom fysikerne ikke er enige om, hvad tid er, har de ikke gravet sig ned i hver sin skyttegrav.
I stedet udveksler de idéer i deres faelles kamp for at skabe en altomfattende fysikteori, som også forklarer tiden. De er enige om, at en bedre forståelse af tid er helt afgørende, hvis vi skal komme frem til en teori om alting. Om universet har et iboende urvaerk eller ej, må tiden vise.
ALBERT EINSTEIN FYSIKER
For os overbeviste fysikere er sondringen mellem fortid, nutid og fremtid blot en illusion, omend en velholdende en.