Czas nie istnieje, to iluzja – twierdzą (niektórzy) fizycy

Czas to wiel­ka tajem­ni­ca. Jest tema­tem dys­ku­sji i spo­rów pomię­dzy filo­zo­fa­mi i naukow­ca­mi. Czy ma cha­rak­ter abso­lut­ny, czy względ­ny? W fizy­ce kla­sycz­nej czas jest samo­dziel­ną wiel­ko­ścią nie­za­leż­ną od innych wiel­ko­ści, bie­gną­cą w takim samym ryt­mie w całym Wszech­świe­cie. W mecha­ni­ce rela­ty­wi­stycz­nej czas sta­no­wi czwar­tą współ­rzęd­ną cza­so­prze­strze­ni, jego upływ zaś zale­ży od obser­wa­to­ra i jest róż­ny dla róż­nych obser­wa­to­rów.

Fizycy twierdzą, że czas tak naprawdę nie istnieje

Ist­nie­nie cza­su wyda­je się być czymś zupeł­nie nor­mal­nym i real­nym, gdyż żyje­my z dnia na dzień, funk­cjo­nu­je­my, budzi­my się następ­ne­go dnia. Samo ist­nie­nie cza­su praw­do­po­dob­nie jest jedy­nie zako­do­wa­ne w naszych umy­słach a jak twier­dzą naukow­cy, czas sam w sobie tak napraw­dę nie ist­nie­je.

Sta­re powie­dze­nie o cza­sie, któ­ry ucie­ka, wyda­je się dobrze opi­sy­wać jego wła­ści­wość. Jed­nak, gdy powsta­ła ogól­na teo­ria względ­no­ści Ein­ste­ina, któ­ra opi­su­je pra­wa fizy­ki na dużą ska­lę, nagle oka­za­ło się, że to co nam się wyda­je, może być dale­kie od praw­dy.

Fizy­ka kwan­to­wa pró­bu­je opi­sać zależ­no­ści naj­mniej­szych nawet czą­stek we Wszech­świe­cie, a jej osią­gnię­ciem jest mię­dzy inny­mi teo­ria duali­zmu kor­pu­sku­lar­no-falo­we­go, stwier­dza­ją­ca, że świa­tło jest zarów­no falą jak i cząst­ką. Przez wie­le lat fizy­cy pró­bo­wa­li łączyć ze sobą obo­wią­zu­ją­ce usta­le­nia nauko­we, poszu­ku­jąc Teo­rii Wszyst­kie­go, któ­ra bez wzglę­du na ska­lę ukła­du opi­su­je wszyst­ko we Wszech­świe­cie, jako ze sobą powią­za­ne – od czą­ste­czek do galak­tyk.

Już ponad 40 lat temu, wypro­wa­dzo­no rów­na­nie Whe­ele­ra-DeWit­ta (Bry­ce DeWitt i John Whe­eler, któ­ry w 1969 roku użył ter­mi­nu czar­na dziu­ra, nazwa­li je począt­ko­wo rów­na­niem Ein­ste­ina-Schrödin­ge­ra), z któ­re­go wyni­ka­ło, że cza­su jako takie­go nie ma.

Była to pró­ba mate­ma­tycz­ne­go połą­cze­nia idei mecha­ni­ki kwan­to­wej i ogól­nej teo­rii względ­no­ści, krok w stro­nę teo­rii gra­wi­ta­cji kwan­to­wej, czy­li upra­gnio­nej przez wszyst­kich naukow­ców Teo­rii Wszyst­kie­go. Jed­nak ich odkry­cie przez dłu­gi czas wyda­wa­ło się zbyt kon­tro­wer­syj­ne, bo nikt nie mógł tego pojąć jak to moż­li­we, że czas nie ist­nie­je na pozio­mie mate­rii.

Nasz przy­wią­za­ny do „szkieł­ka i oka” spo­sób postrze­ga­nia rze­czy­wi­sto­ści jest też pod­sta­wo­wym pro­ble­mem w zro­zu­mie­niu kon­cep­cji świa­ta bez cza­su. To, co widzi­my i to, co subiek­tyw­nie postrze­ga­my jako „czas”, jest efek­tem wymier­nych glo­bal­nych zmian w świe­cie wokół nas. Im bar­dziej zagłę­bi­my się w świat ato­mów, pro­to­nów i foto­nów, zro­zu­mie­my, że poję­cie cza­su sta­je się coraz mniej­sze.

Według naukow­ców zega­ry, któ­re towa­rzy­szą nam na co dzień, z fizycz­ne­go punk­tu widze­nia nie mie­rzą jego upły­wu, tyl­ko poma­ga­ją nam w orga­ni­za­cji nasze­go życia. Teo­ria o nie­ist­nie­ją­cym cza­sie jest nie­co szo­ku­ją­ca i trze­ba sobie umieć to jakoś upo­rząd­ko­wać, ponie­waż w prze­ciw­nym wypad­ku zadzia­ła typo­wy psy­cho­lo­gicz­ny mecha­nizm wypie­ra­nia.

Gdy jed­nak zda­my sobie spra­wę z ist­nie­nia takich zja­wisk jak super­po­zy­cja kwan­to­wa, czy splą­ta­nie kwan­to­we, to zro­zu­mie­my, że bez nas czas nie ma pra­wa ist­nieć i upły­wać, bo dopie­ro fakt świa­do­mej obser­wa­cji tego, jak sta­je się Wszech­świat powo­du­je, że odczu­wa­my coś takie­go jak upły­wa­ją­cy czas.

Według Isa­aca New­to­na ist­nie­je tyl­ko jeden, uni­wer­sal­ny i wszech­obej­mu­ją­cy czas – pły­nie on w jed­no­staj­nym tem­pie i nic nie wywie­ra na nie­go wpły­wu. Jest więc abso­lut­ny i obiek­tyw­nie jed­na­ko­wy w całym Wszech­świe­cie. Geo­r­ge Ber­ke­ley opo­no­wał, iż bez umy­słu, któ­ry by postrze­gał ruch, sama idea cza­su sta­je się zwy­kłą ilu­zją. Tak­że Got­t­fried Leib­niz sprze­ci­wiał się teo­rii New­to­na utrzy­mu­jąc, że czas jest porząd­kiem następ­stwa zda­rzeń zacho­dzą­cych w świe­cie – bez świa­ta (zda­rzeń) nie może być mowy o żad­nym cza­sie.

Splątanie kwantowe tworzy iluzję upływu czasu

Gru­pa wło­skich fizy­ków stwo­rzy­ła model Wszech­świa­ta, któ­ry dowo­dzi, iż czas jest jedy­nie złu­dze­niem. Takie przy­pusz­cze­nia poja­wia­ły się zresz­tą od pew­ne­go cza­su, jed­nak dotych­czas bra­ko­wa­ło ku temu twier­dze­niu moc­nych dowo­dów.

Zda­niem eks­per­tów upływ cza­su jest jedy­nie dziw­ną wła­ści­wo­ścią splą­ta­nia kwan­to­we­go. Odkry­cie może pomóc w roz­wią­za­niu pro­ble­mu pole­ga­ją­ce­go na odna­le­zie­niu zuni­fi­ko­wa­nej teo­rii wszyst­kie­go. Dziś funk­cjo­nu­ją odręb­nie zarów­no teo­ria mecha­ni­ki kwan­to­wej, jak i teo­ria względ­no­ści. Obie jed­nak zda­ją się pozo­sta­wać roz­łącz­ne i dopie­ro usu­nię­cie czyn­ni­ka cza­su pozwa­la doszu­ki­wać się czę­ści wspól­nej.

Rów­na­nie Whe­ele­ra-DeWit­ta z 1967 r. dobrze radzi­ło sobie z pro­ble­mem nie­spój­no­ści obu teo­rii wła­śnie poprzez usu­nię­cie z nich cza­su. Dopie­ro w 1983 roku fizy­cy Don Page (kon­takt) z Uni­ver­si­ty of Alber­ta w Kana­dzie i Wil­liam Wooters, zapro­po­no­wa­li wyja­śnie­nie, wedle któ­re­go pro­blem cza­su moż­na obejść, sto­su­jąc poję­cie splą­ta­nia kwan­to­we­go.

Przed­sta­wi­li oni kon­cep­cję, wedle któ­rej obiek­ty kwan­to­we są splą­ta­ne na pozio­mie kwan­to­wym, co spro­wa­dza się do tego, że moż­na tyl­ko doko­nać pomia­ru wła­ści­wo­ści już zde­ter­mi­no­wa­ne­go ukła­du. Z mate­ma­tycz­ne­go punk­tu widze­nia ich pro­po­zy­cja ozna­cza­ła, że zegar jako taki nie dzia­ła i rusza dopie­ro po splą­ta­niu z kon­kret­nym wszech­świa­tem.

Gdy­by jed­nak ktoś pod­glą­dał­by nas z inne­go wszech­świa­ta, widział­by nas jako obiek­ty sta­tycz­ne i dopie­ro jego przy­by­cie do nas spo­wo­do­wa­ło­by splą­ta­nie kwan­to­we i lite­ral­nie spo­wo­do­wa­ło­by w nas poczu­cie upły­wu cza­su. Hipo­te­za ta sta­no­wi­ła pod­wa­li­ny do pra­cy uczo­nych z Natio­nal Insti­tu­te of Mete­oro­lo­gi­cal Rese­arch (INRiM) we wło­skim Tury­nie. Fizyk Mar­co Geno­ve­se (kon­takt), wcho­dzą­cy w skład zespo­łu badaw­cze­go, posta­no­wił zbu­do­wać model, któ­ry pozwo­li zba­dać spe­cy­fi­kę splą­ta­nia kwan­to­we­go. Dzię­ki temu, naukow­com uda­ło im się odtwo­rzyć fizycz­ny efekt wska­zu­ją­cy na popraw­ność tego rozu­mo­wa­nia.

Stwo­rzo­no model wszech­świa­ta skła­da­ją­cy się z dwóch foto­nów. Jeden z pary był zorien­to­wa­ny – spo­la­ry­zo­wa­ny wer­ty­kal­nie, a dru­gi hory­zon­tal­nie. Ich stan kwan­to­wy, a więc i pola­ry­za­cja, są potem wykry­wa­ne przez serię detek­to­rów. Oka­zu­je się, że dopó­ki nie doj­dzie do obser­wa­cji osta­tecz­nie deter­mi­nu­ją­cej układ odnie­sie­nia, foto­ny znaj­du­ją się w kla­sycz­nej super­po­zy­cji kwan­to­wej, czy­li były zorien­to­wa­ne zarów­no wer­ty­kal­nie jak i hory­zon­tal­nie.

Ozna­cza to, że obser­wa­tor odczy­tu­ją­cy wska­za­nie zega­ra deter­mi­nu­je splą­ta­nie kwan­to­we, wpły­wa­jąc na Wszech­świat, któ­re­go czę­ścią się sta­je. Następ­nie taki obser­wa­tor jest w sta­nie ode­brać pola­ry­za­cje kolej­nych foto­nów na pod­sta­wie kwan­to­we­go praw­do­po­do­bień­stwa.

Kon­cep­cja ta jest bar­dzo kuszą­ca, ponie­waż wyja­śnia wie­le rze­czy, ale w natu­ral­ny spo­sób pro­wa­dzi do koniecz­no­ści ist­nie­nia „super-obser­wa­to­ra”, któ­ry był­by ponad te wszyst­kie deter­mi­ni­zmy i kon­tro­lo­wał­by wszyst­ko, jako całość. Inny­mi sło­wy, pró­ba zro­zu­mie­nia czy jest lub czym jest czas, w natu­ral­ny spo­sób przy­bli­ża nas do poję­cia celu ist­nie­nia Boga.

Św. Augu­styn roz­wa­ża w XI księ­dze Con­fes­sio­nes róż­ne aspek­ty cza­su. Wypo­wia­da pogląd, że jest on bez­cen­ny, nie­roz­łącz­ny ze zmia­ną (ruchem), sta­no­wi pewien wymiar świa­ta mate­rial­ne­go i wią­że się z prze­mi­jal­no­ścią. Teraź­niej­szość (to, co ist­nie­je mate­rial­nie) jest dla nie­go cza­sem zauwa­ża­nym (choć nie­uchwyt­nym), prze­szłość (to, co ist­nia­ło) – pamię­ta­nym, a przy­szłość (to, co będzie ist­nia­ło) – ocze­ki­wa­nym; waha się jed­nak, czy te dwie ostat­nie odmia­ny gdzie­kol­wiek jesz­cze (już) ist­nie­ją. Z całą pew­no­ścią stwier­dza zaś, że czas stwo­rzył Bóg, któ­ry znaj­du­je się poza nim.

Lee Smolin: Nie! Czas jest realnym bytem a nie jedynie złudzeniem

Ogól­nie uzna­wa­ne teo­rie fizycz­ne zakła­da­ją, że czas i jego upływ jest tyl­ko złu­dze­niem, a rze­czy­wi­stość sta­je się poprzez inte­rak­cję z nią. Teo­ria, któ­rą naj­pierw zapro­po­no­wał Ein­ste­in, zosta­ła potem roz­wi­nię­ta do posta­ci Mul­ti­wer­sum (Wie­lo­świa­ta). Cza­sa­mi jed­nak zamiast wpro­wa­dzać kolej­ne renor­ma­li­za­cje i wymy­ślać fan­ta­stycz­ne cząst­ki robią­ce całą magię, lepiej jest prze­my­śleć wszyst­ko i posta­rać się zoba­czyć to w inny spo­sób. Tak wła­śnie uczy­nił wybit­ny fizyk teo­re­tyk, Lee Smo­lin ze słyn­ne­go Peri­me­ter Insti­tu­te. Według nie­go czas ist­nie­je i jest jak naj­bar­dziej real­ny.

Usta­le­nia Smo­li­na poja­wi­ły się, jako kon­klu­zja pra­cy zmie­rza­ją­cej do tego same­go celu, któ­ry ma więk­szość fizy­ków, usta­le­nia Teo­rii Wszyst­kie­go. W naj­now­szej swo­jej książ­ce „Czas Odro­dzo­ny”, postu­lu­je on zupeł­nie inne spoj­rze­nie na fizy­kę. Jeśli jego usta­le­nia uda się potwier­dzić z pew­no­ścią zdo­bę­dzie nagro­dę Nobla. Smo­lin od lat kry­ty­ku­je, uzna­wa­ną przez spo­łecz­ność nauko­wą, teo­rię strun.

„Nie­któ­rzy z naszych naj­zna­ko­mit­szych myśli­cie­li zapew­nia­li o nie­re­al­no­ści cza­su. Pla­ton, naj­więk­szy filo­zof świa­ta sta­ro­żyt­ne­go, i Ein­ste­in, naj­więk­szy fizyk świa­ta współ­cze­sne­go, naucza­li, że rze­czy­wi­stość jest bez­cza­so­wa. Doświad­cza­nie upły­wu cza­su trak­to­wa­li jako cechę wyjąt­ko­wo przy­pi­sa­ną rodza­jo­wi ludz­kie­mu – cechę, któ­ra ukry­wa przed nami praw­dę. Obaj wie­rzy­li, że aby dostrzec rze­czy­wi­stość i praw­dę, nale­ży wykro­czyć poza gra­ni­ce ilu­zji upły­wu cza­su.

Wie­rzy­łem w abso­lut­ną nie­re­al­ność cza­su. Mało tego, posze­dłem na fizy­kę, ponie­waż jako nasto­la­tek bar­dzo pra­gną­łem zamie­nić ogra­ni­czo­ny cza­so­wo ludz­ki świat, postrze­ga­ny prze­ze mnie jako paskud­ny i nie­przy­ja­zny, na świat czy­stej, bez­cza­so­wej praw­dy. Odkry­łem jed­nak, że to bar­dzo przy­jem­ne być czło­wie­kiem, i znik­nę­ła potrze­ba uciecz­ki poza ten świat.

Prze­sze­dłem na dru­gą stro­nę – nie tyl­ko uwa­żam, że czas jest real­ny, ale też sądzę, że nic bar­dziej nas nie przy­bli­ża do pozna­nia praw­dy o przy­ro­dzie niż jego real­ność.

Zmie­ni­łem front z powo­dów nauko­wych, a w szcze­gól­no­ści ze wzglę­du na współ­cze­sne osią­gnię­cia fizy­ki i kosmo­lo­gii. Uwie­rzy­łem, że czas jest klu­czo­wy w zro­zu­mie­niu isto­ty teo­rii kwan­tów i jej ewen­tu­al­nej uni­fi­ka­cji z prze­strze­nią, cza­sem, gra­wi­ta­cją i kosmo­lo­gią. A co naj­waż­niej­sze, trze­ba w nowy spo­sób potrak­to­wać real­ność cza­su, aby nabrał sen­su obraz Wszech­świa­ta uka­zy­wa­ny przez obser­wa­cje kosmo­lo­gicz­ne. To wła­śnie mam na myśli, pisząc o odro­dze­niu cza­su”.

Według nie­go nie ist­nie­je coś takie­go jak Mul­ti­wer­sum, ponie­waż żyje­my w jed­nym Wszech­świe­cie oraz w jed­nym cza­sie. Zda­niem naukow­ca koniecz­ne jest bar­dziej fun­da­men­tal­ne podej­ście do nie­roz­wią­zy­wal­nych pro­ble­mów fizy­ki i zamiast brnąć w fan­ta­sma­go­rie, nale­ży spraw­dzić, czy zało­że­nia sta­no­wią­ce pryn­cy­pium tego, co wyda­je nam się, że wie­my, nie są przy­pad­kiem cał­ko­wi­cie błęd­ne.

Smo­lin uwa­ża, że czas jest spra­wą naj­wyż­szej wagi, a nasze doświad­cze­nie z rze­czy­wi­sto­ścią chwi­li obec­nej to nie jest złu­dze­nie, ale klu­czem do zro­zu­mie­nia fun­da­men­tal­nej natu­ry rze­czy­wi­sto­ści. Twier­dzi, że jego dro­ga do tej kon­klu­zji nie była łatwa. Podob­nie jak więk­szość fizy­ków, wie­rzył, że czas jest subiek­tyw­nym złu­dze­niem.

Zgod­nie z ogól­ną teo­rią względ­no­ści Alber­ta Ein­ste­ina – czas to tyl­ko jeden wymiar prze­strze­ni, gdzie moż­na poru­szać się w obu kie­run­kach, a nasza ludz­ka per­cep­cja rze­czy­wi­sto­ści ist­nie­je tyl­ko w naszej gło­wie. Ale z cza­sem, Smo­lin doszedł do wnio­sku, że czas jest nie tyl­ko real­ny, ale nawet może być klu­czem do zro­zu­mie­nia praw natu­ry.

Poję­cie cza­su fascy­nu­je wszyst­kich – od filo­zo­fów, arty­stów i naukow­ców po każ­de­go z nas. Obraz „Trwa­łość pamię­ci” (zna­ny też jako „Ciek­ną­ce zega­ry”) to jed­no z naj­słyn­niej­szych sur­re­ali­stycz­nych dzieł Salva­do­ra Dalí.