Săgeata timpului şi un experiment fără precedent – cercetătorii au văzut cum s-a născut timpul

Săgeata timpului este o expresie care se foloseşte în fizică, filosofie, cosmologie, pentru a sugera că timpul se scurge într-o singură direcţie, spre viitor. Percepţiile noastre, tot ce am învăţat, felul nostru de a fi, obişnuinţele noastre, toate ne spun că timpul trece, se scurge, că nimic din ceea ce s-a întâmplat nu se poate schimba, că trecutul este irecuperabil, că timpul este ireversibil.

Un experiment recent, fără precedent, făcut de o echipă de cercetători ruşi, americani şi elveţieni, coordonaţi de fizicianul rus Gordey Lesowik, a reuşit, cu ajutorul unui computer cuantic IBM, să “inverseze” o fracţiune de secundă, adică să “întoarcă” săgeata timpului, transgresând astfel cel de-al doilea principiu al termodinamicii, referitor la ireversibilitatea fenomenelor fizice. O explorare care relansează marea căutare a fizicii, cea a timpului universal.

Săgeata timpului – paternitatea acestui concept şi evoluţia acestuia

Introdusă în limbajul ştiinţific pentru prima dată, în 1928, de către astrofizicianul britanic Arthur Eddington, în lucrarea “The Nature of the Physical World”, expresia “săgeata timpului” descrie scurgerea timpului într-o singură direcţie.

“De ce să nu presupunem – spunea Eddington, la începutul secolului trecut – că devenirea este un fel de textură unidirecţională, implicată fundamental în structura naturii şi că mintea are o cunoaştere specială a acestei structuri, înţelegând-o ca pe o trecere a timpului”.

Devenirea, sublinia astrofizicianul, este înscrisă în structura Universului, iar sentimentul trecerii timpului nu este altceva decât expresia capacităţii de a percepe această “tulburare” cosmică. Săgeata timpului va dispărea când Universul va atinge echilibrul termo-dinamic.

În starea de echilibru termo-dinamic, susţine Eddington, timpul este întotdeauna acolo şi îşi păstrează proprietăţile, dar îşi pierde “săgeata”, precum spaţiul, care se extinde, dar nu “trece”. Când săgeata timpului dispare, evoluţia sistemului devine staţionară, ea continua să producă o “durată”, dar care nu mai presupune nicio schimbare, doar garantează permanenţa sistemului. Un paradox al timpului.

În 1905, Albert Einstein, înteoria relativităţii restrânse, depăşeşte perspectiva fizicii tradiţionale, arătând că timpul nu este o constantă universală, trecutul, prezentul şi viitorul fiind noţiuni relative.

În epocile următoare, nenumăraţi alţi fizicieni au formulat teorii despre existenţa/nonexistenţa timpului, despre ceea ce înseamnă săgeata timpului. Fizicianul englez Julian Barbour, de exemplu, în anii 1960, susţinea că timpul există, dar în “felii de spaţiu” şi că “trecutul” fiecăruia este doar o “altă configuraţie posibilă a Universului”.

Alţi oameni de ştiinţă explică săgeata timpului prin entropie/gradul de organizare al unui sistem. Aparent, Universul a devenit mai ordonat odată cu trecerea timpului, de la Big Bang, până la starea caracterizată de prezenţa planetelor, stelelor, oamenilor etc.

Este totuşi posibil, spun aceştia, ca, în pofida aparentei “ordini”, entropia să fi crescut. Iar dacă tendinţa este spre dezordine, atunci de ce Universul a început într-o stare atât de ordonată? Sau Big Bang-ul nu este începutul a tot ce există şi, în “universuri paralele”, timpul curge în direcţii diferite?

“Filmul” Creaţiei Universului – La “Început” nu a fost nici “înainte”, nici “după”

La “Început” nu a fost nici “înainte”, nici “după”, aşa spune excepţionalul experiment al echipei Lesowik, care a reuşit să “vadă”, pe calculator, “Începutul” absolut al Universului. Un spaţiu-timp îngheţat, fără trecut şi fără viitor, fără “săgeata timpului”, apoi, brusc, energia primordială a început să “freamăte”.

Filmul “tic-tac”-ului Universului a fost reprodus pe calculator, arătând comportamentul particulelor elementare, ca în filmele rulate invers, când, de pildă, vasele sparte se lipesc la loc, în mod miraculos, sau când atleţii porniţi in cursă revin cu viteză la blocstart.

În acest sens, fizicianul Lorenzo Maccone, de la Universitatea Padova, ale cărei studii sunt citate de echipa Lesovik, dădea un exemplu: “Este uşor să vedem cum un ou căzut la pământ se sparge, dar nimeni nu a văzut vreodată contrariul – un ou care se recompune şi se întoarce pe masă. În conformitate cu legile fizicii clasice, acest lucru, chiar dacă nu imposibil, este puţin probabil. La nivel microcospic, în schimb, săgeata timpului este reversibilă, poate să meargă şi înainte şi înapoi”.

La o milionime de secundă după Big Bang, Universul a permis naşterea protonilor, neutronilor, a celorlalte particule elementare şi, din mişcările lor dezordonate, au apărut stări de echilibru, instalându-se în acest fel începutul timpului ireversibil.

Măsurătorile făcute de cercetători, pe nişte particule elementare numite “kaoni” (care pot sau nu să aibă sarcină electrică şi care sunt de aproximativ 970 de ori mai grei decât un electron), au arătat că timpul se scurge diferit, înainte şi înapoi.

Al doilea principiu al termodinamicii, specific proceselor termice, precizează condiţiile în care energia termică se transformă în energie mecanică, indicând sensul în care se produc spontan transformările, de la potenţialul mai înalt la potenţialul mai scăzut.

Acest principiu mai stipulează că procesul de trecere dintr-o stare iniţială 1 într-o stare finală 2 este reversibil, dacă revenirea în starea iniţială 1 şi starea sistemelor înconjurătoare sunt identice cu cele iniţiale. Dacă starea sistemelor înconjurătoare diferă de starea iniţială, atunci procesul este ireversibil.

In căutarea timpului ascuns

Echipa de cercetare a folosit stările nedeterminate ale particulelor elementare într-un computer cuantic (un prototip) şi o manipulare inteligentă a computerului ca “maşină a timpului”. Fiecare dintre aceste stări ar corespunde, de pildă, unei mâini care ţine o bilă de biliard. Odată pornit computerul, “stările” s-au multiplicat.

S-au modificat apoi anumite configuraţii ale computerului şi, în etapa următoare, pentru a observa comportamentul particulelor, s-a relansat sistemul şi, ca şi cum “s-ar fi lovit o masă de biliard”, au urmărit în ce măsură “bilele” împrăştiate (particulele) s-au reorganizat în forma iniţială. În 85% dintre teste această “reorganizare” s-a întâmplat.

Unul dintre membrii echipei de cercetători declara, într-un interviu, că este vorba despre unul dintre experimentele dedicate posibilităţii de a se încălca cel de-al doilea principiu al termodinamicii – o lege strâns legată de diferenţa dintre trecut şi viitor. Acest aspect a fost abordat dintr-un al treilea unghi, creându-se artificial o stare a sistemului care el însuşi evoluează în direcţie opusă din punctul de vedere al celui de-al doilea principiu al termodinamicii.

Rezultatele experimentului nu înseamnă că omul va stăpâni timpul sau că va putea călători în timp (nu încă!), dar pot ajuta la o mai bună înţelegere a mecanismelor timpului şi, într-un viitor apropiat, la calibrarea computerelor cuantice, cu ajutorul cărora alte experimente vor fi făcute, apropiindu-ne de ceea ce oamenii de ştiinţă deocamdată doar intuiesc despre timp.

“Ordinea timpului” şi săgeata timpului

“Ordinea timpului” este titlul unei cărţi (tradusă şi în limba română, în 2019), aparţinând fizicianului italian Carlo Rovelli, al cărui nume figurează pe lista celor mai influenţi 100 de gânditori ai lumii.

Ca unul dintre iniţiatorii teoriei “gravitaţiei cuantice în buclă” (Loop quantum gravity theory – GCB) şi, în egală măsură, preocupat de relaţia dintre gândirea ştiinţifică şi cea filosofică, de-a lungul timpului, Carlo Rovelli adună, în cartea sa, toate teoriile importante despre timp, din antichitate şi până la cele mai recente descoperiri ale fizicii cuantice.

Titlul cărţii i-a fost inspirat, după cum însuşi mărturiseşte, de gândirea lui Anaximandru, filosof grec din secolul al VI-lea i.Hr., care spunea despre timp că: “Lucrurile se transformă unul într-altul potrivit cu necesitatea și își dau socoteală unele altora potrivit cu ordinea timpului”. Tot ceea ce urmează în carte este însă o demonstraţie despre nonexistenţa săgeţii timpului, o provocare continuă pentru lumea ştiinţifică actuală.

Poate că, în aceste condiţii, experimentul condus de fizicianul rus Lesowik, care a surprins, în condiţii de laborator, un timp-spaţiu îngheţat, fără trecut sau viitor, fără săgeata timpului şi primul “tic-tac” al Universului, va deveni punctul de pornire pentru regândirea tututror lucrurilor care s-au spus despre timp până la momentul actual. Sau va fi confirmarea a ceea intuiţia şi gândirea filosofică a lui Platon afirma în urmă cu peste 2400 de ani: “Timpul este o iluzie, imaginea mobilă a eternităţii imobile, care maschează adevărul lumii, imuabil, atemporal”.

Deocamdată, dincolo de cuceririle ştiinţei, omul este captiv în timp, între adevăruri, percepţii subiective, iluzii. Săgeata timpului, din punct de vedere psihologic, indică limitele percepţiei şi gândirii umane. Dacă nu am putea face diferenţa între o stare iniţială şi o alta (ulterioară), nu am şti dacă timpul avansează sau stagnează. Nu ne putem aminti decât evenimente pe care le-am trăit şi pe care le comparăm cu prezentul care va deveni şi el trecut.