Unul dintre cele mai captivante aspecte ale relativitatii este noua sa intelegere a timpului. Termenul de “dilatare a timpului” ar putea evoca imagini ale ceasurilor lui Salvadore Dali, care atarna de niste crengi, insa, dilatarea timpului nu este deloc suprarealista. Daca viteza luminii este constanta, timpul nu poate fi constant. De fapt, nu are sens sa vorbim despre timp ca fiind constant sau absolut, atunci cand ne gandim la el ca la o dimensiune a spatiului-timp. Relativitatea speciala spune ca timpul se masoara in functie de viteza relativa a cadrului de referinta in care este masurat. In ciuda simplitatii acestei afirmatii, conexiunea relativista dintre timp si spatiu este greu de inteles. Totusi, exista numeroase moduri pentru a ilustra acest lucru.
In teoria relativitatii, lumea are patru dimensiuni: trei dimensiuni spatiale si o dimensiune care nu este tocmai timpul, insa are legatura cu acesta. De fapt, este vorba de timpul inmultit cu radacina patrata a lui -1. Sa presupunem ca te misti printr-o dimensiune a spatiului, de la punctul A la punctul B. Cand te misti catre un alt punct in spatiu, iti schimbi automat pozitia de pe coordonata timpului, chiar daca nu observi. Acest lucru face ca timpul sa treaca. Desigur ca, mereu calatoresti prin timp, dar atunci cand calatoresti prin spatiu, calatoresti prin timp cu mai putin decat te-ai astepta.
Paradoxul gemenilor
Sa luam in continuare urmatorul exemplu: exista doi frati gemeni. La aniversarea varstei de 30 de ani, unul dintre frati merge intr-o calatorie in spatiu cu o racheta foarte rapida care calatoreste cu pana la 99% din viteza luminii. Acesta ramane in calatoria sa in spatiu pentru un an, dupa care se intoarce pe Pamant, exact in ziua aniversarii varstei de 31 de ani. Insa, pe Pamant s-au scurs sapte ani, prin urmare, fratele sau geaman are varsta de 37 de ani cand acesta ajunge acasa. Acest lucru se datoreaza faptului ca timpul se intinde cu un factor de 7 la aproximativ 99% din viteza luminii, ceea ce inseamna ca, in cadrul de referinta al fratelui care calatoreste in spatiu, un an este echivalent cu sapte ani pe Pamant. Cu toate acestea, timpul pare sa fi trecut la fel pentru ambii frati – adica, amandoi au nevoie tot de cinci minute pentru a se barbieri in fiecare dimineata, in cadrele lor de referinta.
Timpul se extinde, spatiul se contracta
In mod interesant, in timp ce spatiul se extinde din punctul de vedere al observatorului stationar, spatiul se contracta din perspectiva observatorului aflat in miscare. Acest fenomen este cunoscut sub numele de “contractie Lorentz”. Astfel, calatorul in spatiu care trece pe langa Pamant cu o viteza de 0,99c, ar vedea forma acestuia ca o elipsa cu axa paralela cu directia sa de zbor contractata la o septime din diametrul sau original. Asta in cazul in care o vede, desigur, avand in vedere viteza foarte mare. Prin urmare, calatoria in spatiu este scurtata cu viteza calatorului. O calatorie pana la Alpha Centauri C (cea mai apropiata stea de soarele nostru, care se afla la 4,3 ani lumina distanta) ar dura numai 7,4 luni intr-o nava spatiala care se deplaseaza cu viteza de 0.99c.
Efectul de dilatare a timpului a fost confirmat experimental datorita ceasurilor de cesiu extrem de precise, care pot masura perioade de timp foarte foarte mici. Din nefericire, dilatarea timpului se afla total in afara experientei umane, pentru ca nu am inventat inca o modalitate de a calatori la viteze in care efectele relativiste sa fie remarcate. Chiar daca ti-ai petrece toata viata intr-un avion cu reactie care se misca la viteze supersonice, abia daca ai castiga o secunda in plus fata de oamenii de pe Pamant. Nici macar astronautii de azi nu pot percepe contractia Lorentz.
Speranta ca, intr-o zi, omenirea va putea sa calatoreasca la viteze apropiate de cea a luminii pare exagerata din cauza cantitatii incredibile de energie necesara pentru a accelera o nava spatiala la asemenea viteze. Fortele ar putea distruge orice vehicul inainte de a se apropia macar de viteza dorita. In plus, problemele de navigatie in ceea ce priveste calatoria cu o viteza apropiata de cea a luminii reprezinta o alta dilema. Prin urmare, atunci cand oamenii spun ca trebuie sa se grabeasca pentru a “castiga timp”, cel mai probabil nu spun asta intr-un mod relativist.
Kant si teoriile sale
Filozoful german Immanuel Kant a sustinut ca timpul si spatiul sunt proprietati apriorice, ceea ce inseamna ca sunt proprietati ale perceptiei si gandului, impuse in mintea umana de catre natura. Aceasta pozitie subtila i-a permis lui Kant sa “incalece” binecunoscutele diferente cu privire la realitatea spatiului si timpului care au existat intre Newton si Leibniz. Newton a considerat ca spatiul si timpul au o realitate absoluta, in sensul ca sunt obiecte cuantificabile. Leibniz a fost impotriva ideii ca timpul si spatiul ar fi “obiecte”, cum ar fi o masa sau un scaun, si a fost de parere ca spatiul si timpul au o calitate diferita de „a fi”.
Pozitia lui Kant este de acord cu Newton in sensul ca spatiul si timpul sunt obiecte absolute si reale ale perceptiei, prin urmare, stiinta poate face propuneri valide despre acestea. In acelasi timp, Kant este de acord cu Leibniz, sustinand ideea ca spatiul si timpul nu sunt “obiecte in sine”, ceea ce inseamna ca ele sunt diferite in mod fundamental de o masa sau un scaun. Desigur ca, acest punct de vedere al spatiului si timpului introduce deasemenea noi probleme. Acesta imparte lumea in doua sfere: sfera fenomenala a realitatii (interioara) si sfera numenala a realitatii (exterioara). Din aceasta separare academica apar multe contradictii in epistemologie.
Viata intr-o cabina spatiu-timp
Din teoria relativitatii am invatat ca timpul si spatiul sunt aparent independente de experienta umana, asa cum sugereaza exemplul cu dilatarea timpului. Intrucat propria noastra perceptie a timpului si spatiului este legata de un cadru de referinta unic, timpul pare sa fie constant si absolut pentru noi. Fizica ne invata ca acest lucru este o iluzie si ca perceptia noastra ne-a inselat in memoria vie. Multumita lui Einstein, acum suntem capabili sa elaboram diagrame relativiste spatiu-timp, sa calculam campurile gravitationale si sa prezicem traiectorii prin continuumul spatiu-timp de patru dimensiuni. Totusi, abia putem vizualiza acest continuum spatiu-timp, sau sa ne ocupam cu el in termeni practici, deoarece constiinta umana este legata de corpul uman, care la randul sau este legat de un singur cadru de referinta. Noi traim intre limitele propriei noastre cabine spatiu-timp.
Avand in vedere ca, in teoria relativitatii, spatiul-timp este independent de perceptia umana, intelegerea kantiana a spatiului si timpului ca perceptii apriorice pare sa fie depasita. Ele nu mai sunt proprietati ale perceptiei, ci proprietati ale naturii insasi. Mai mult decat atat, teoria relativitatii intinde distinctia dintre realitatea fenomenala (adica ceea ce poate fi experimentat) si realitatea numenala (adica ceea ce este pur inteligibil si non-senzorial) pana la un punct in care aceste concepte par a fi aproape grotesti. De exemplu, se pune intrebarea daca dilatarea timpului se incadreaza in categoria fenomenala sau numenala. Intrucat dilatarea timpului nu poate fi masurata, aceasta trebuie sa fie fenomenala, insa, intrucat perceptia umana este legata de un singur cadru de referinta, dilatarea timpului trebuie sa fie si numenala. Distinctia dintre numen si fenomen este astfel neclara si, eventual, invalidata.
Putem incerca sa ne imaginam modele relativiste cu ajutorul unor modele matematice adecvate, insa nu putem experimenta acest lucru in mod direct, cel putin nu inainte ca cineva sa construiasca un vehicul care sa calatoreasca la o viteza apropiata de cea a luminii. Multumita lui Einstein, suntem capabili sa privim dincolo de realitatea fenomenala a spatiului si timpului, si intelegem ca exista mai mult decat ne spune perceptia de bun simt. Intr-un fel, Einstein ne-a eliberat mintile din acea cabina spatiu-timp.
