Hva er tid? Den mystiske essensen av den fjerde dimensjonen


Tidens natur er en vanskelig forestilling å slå fast. Men om det er en grunnleggende del av universet vårt eller bare en illusjon har enorme implikasjoner

Fysikk


15. juni 2022

Nytt Scientist-standardbilde

Schizofreni

VI ER FØDT; vi lever; på et tidspunkt dør vi. Forestillingen om at vår eksistens er begrenset av tid er grunnleggende for menneskelig erfaring. Vi kan ikke bekjempe det – og når sant skal sies, så vet vi ikke hva vi kjemper mot. Tid er en universell natur vi alle – og spesielt fysikere – ikke klarer å forstå. Men hvorfor er tiden så problematisk? “Hvis vi hadde et veldig godt svar på det spørsmålet,” sier Astrid Eichhornen teoretisk fysiker ved Syddansk Universitet i Odense, «da ville det ikke vært så problematisk».

På et visst nivå er tiden enkel: det er det som stopper alt fra å skje på en gang. Det kan virke useriøst, men det er i det minste noe folk kan være enige om. “Tings årsaksrekkefølge er egentlig hva tiden handler om,” sier Eichhorn.

Sett på denne måten kan eksistensen av tid tolkes som en nødvendig forutsetning for den typen univers hvor ting fører til andre ting, blant annet intelligent liv som kan stille spørsmål, som “hva er tid?”. Utover det er tidens essens mystisk. For eksempel, hvorfor kan ting bare påvirke andre ting i én retning i tid, men i flere retninger i de tre dimensjonene av rommet.

De fleste fysiske teorier, fra Isaac Newtons bevegelseslover til kvantemekanikk, skjørter slike spørsmål. I disse teoriene er tid en “uavhengig variabel” som andre ting endrer seg mot, men som ikke kan endres av noe annet. I den forstand eksisterer tid utenfor fysikken, som slaget til en metronom utenfor universet som alt inni den spiller ut til.

Albert Einsteins relativitetsteorier, utviklet tidlig på 1900-tallet, kastet slike eteriske forestillinger over et fat. I relativitetsteorien er tid en fysisk, dynamisk ting, smeltet sammen med rom for å danne rom-tid – selve universets struktur. Og rom-tid er ikke absolutt, men relativ, forvrengt av bevegelse og tyngdekraft. Hvis du reiser fort, eller hvis du er i et sterkt gravitasjonsfelt, bremser det ned.

Tidens relativitet har vidtrekkende konsekvenser. Fordi det ikke er noen unik måte å definere passasjen på, er det ingen unik måte å definere “nå”. Einstein konkluderte med at alle “nå” – fortid, nåtid og fremtid – må eksistere samtidig, et bilde kjent som blokkuniverset som er fullstendig i strid med vår intuisjon.

Det misforholdet oppstår fordi lysets hastighet er begrenset i universet vårt. Vi kan bare nå bestemte tider innenfor en viss, vel, tid, så vi kan aldri oppnå det gudlignende synet på blokk-universet. “I praksis begrenser kausalitet hva vi kan oppfatte på en veldig streng måte, og vår erfaring og alt som påvirker oss begrenses sterkt av kausalitet,” sier kosmolog. Katie Mack ved North Carolina State University.

Tid og rom

Mysteriene stopper ikke der. Ved å gjøre tid til en del av det fysiske stoffet i et univers som, så vidt vi kan se, begynte i et stort smell for rundt 13,8 milliarder år siden, impliserer Einsteins generelle relativitetsteori at tiden selv hadde en begynnelse – og kanskje en slutt også. . Det kan ikke være noen evig metronom som tikker utenfor universet, slik kvanteteorien tilsier, fordi en slik kilde måtte eksistere utenfor selve rommet og tiden. Dette setter opp et for øyeblikket uoverstigelig skille mellom relativitet og kvanteteori. I et forsøk på å krysse det, håper forskere som Eichhorn å gjøre fremskritt mot et mer enhetlig bilde av fysikk – et som måtte ha en helt annen oppfatning av tid.

Mange “kvantetyngdekraft”-teorier foreslår at hvis du kunne zoome inn veldig nær stoffet til Einsteins rom-tid, til et finkornet nivå kjent som Planck-skalaen, ville du oppdage en understruktur – en slags kvantepikselering. Det ville åpnet helt nye muligheter. “Det kan godt være at kvantestrukturen til rom og tid er annerledes i nærvær av materie enn den er hvis du bare tenker på et slags univers som bare inneholder rom og tid,” sier Eichhorn.

Ikke alle synes vi trenger å gå så langt. Noen ser en vei for å finne tidens natur i en bedre forståelse av kvanteteori. Eller kanskje tiden i seg selv er en luftspeiling. Som fargen eller mønsteret til et treblad, kan tid være noe uten betydning, sier Mack, hvis passasje vi finner på for å forstå lokale mønstre rundt oss og våre egne liv.

Tross alt måler vi aldri selve tiden, men heller regelmessige endringer – det være seg årstidenes gang, pendelens svingning eller svingningen av et cesiumatom – som vi reverserer til en mystisk ting vi kaller “tid”. “Det er noe vi ser, og som ser ut til å være der,” sier Mack. “Det betyr kanskje ikke noe for kosmos.”

Ny Scientist-lyd
Du kan nå lytte til mange artikler – se etter hodetelefonikonet i appen vår newscientist.com/app

Mer om disse emnene: