Παρασκευή, 26 Δεκεμβρίου 2008

Πού Πάει ο Παλιός ο Χρόνος; (Η Φευγαλέα Υφή του Χρόνου)


Έχουμε μόλις καβατζάρει τα Χριστούγεννα, μάλλον επιτυχώς, και οδεύουμε ακάθεκτοι προς το άλλο μεγάλο landmark της περιόδου, που είναι η αλλαγή του Χρόνου. Πάλι ευχές επί των ευχών, αναμονές και προσδοκίες επί των προσδοκιών, κι όλα αυτά στο βρόντο, μιας και η διάσχιση της νύχτας της 31 του Δεκέμβρη, προς το ξημέρωμα της πρώτης του Γενάρη δεν χρειάζεται να περάσει από κάποιο φυσικό εμπόδιο ή σύνορο, ούτε εκείνο το κομβικό δευτερόλεπτο της 12ης ώρας είναι ενδεδυμένο με κάποια μαγική ιδιότητα που να σηματοδοτεί ένα τέλος και ταυτόχρονα μια αρχή. Το παλούκι που στήνουμε σ’ αυτό το μοναδικό δευτερόλεπτο είναι για τη δική μας βολή μόνο και δεν έχει να κάνει με τις βουλές και τις ιδιότητες του χρόνου, που το προσπερνάει παγερά αδιάφορος. Ο χρόνος, αγαπητοί μου, περνάει απρόσκοπτα και ρέει χωρίς ασυνέχειες, πάντοτε προς μια και μόνη κατεύθυνση, αυτή του μέλλοντος.

Είναι όμως έτσι; Ρέει ο χρόνος πάντα προς μια κατεύθυνση; Και επί πλέον, είναι ο χρόνος συνεχής, όπως μάθαμε να τον αντιλαμβανόμαστε μαζί με το αδελφάκι του το χώρο;

Από την εμπειρία μας και μόνο, δεν χωράει αμφιβολία ότι ο χρόνος πάει προς μια και μοναδική κατεύθυνση, γι αυτό άλλωστε υπάρχει παρελθόν και μέλλον, και γι αυτό άλλωστε δεν μπορούμε να θυμηθούμε το μέλλον.

Την ίδια στιγμή πάλι, η εμπειρία μας μάς υπαγορεύει ότι δεν μπορεί να υπάρξει αποτέλεσμα χωρίς να προηγηθεί μια αιτία, και ότι εξ αιτίας αυτής της αιτιότητας, ο χρόνος δεν μπορεί παρά να πηγαίνει μονόδρομα προς το μέλλον.

Η Θερμοδυναμική επίσης, η οποία και ασχολείται με μακροσκοπικά συστήματα μόνο, μάς δίνει μια εξήγηση σύμφωνα με την οποία, ο χρόνος κατευθύνεται προς τα κει όπου αυξάνει η εντροπία, για όσο χρόνο το σύστημα βρίσκεται εκτός ισορροπίας και όσο πασχίζει να τη βρει για να ηρεμήσει. Πρόκειται για το επονομαζόμενο «θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου», παρ’ ότι πουθενά στον ορισμό της εντροπίας, που είναι στατιστικό μέγεθος, δεν υπεισέρχεται ρητά ο χρόνος. Εντροπία είναι ένα μέτρο της αταξίας. Μεγαλώνει με την αταξία, μικραίνει με την τάξη. Για να δώσουμε ένα παράδειγμα, μια σχολική τάξη με τους μαθητές στοιχημένους στα θρανία τους, με τον ένα πίσω από τον άλλον, είναι μια τάξη μικρής εντροπίας και ως εκ τούτου μικρού ενδιαφέροντος και πληροφοριακού περιεχομένου. Μια τάξη όμως, «υπερθερμασμένη», με τους μαθητές της σε μπουλούκι, φέρει μεγαλύτερη εντροπία, μεγαλύτερο πληροφοριακό περιεχόμενο και συνεπώς μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Και τούτο, διότι για να την περιγράψεις θα χρειαστεί να εξετάσεις και να προσδιορίσεις τη θέση καθενός μαθητή χωριστά, ενώ αν είναι στοιχημένοι, όπως για παράδειγμα τα άτομα σε έναν κρύσταλλο, το μόνο που χρειάζεται είναι μια κατάλληλη περιοδική συνάρτηση. Πανεύκολο και συνάμα ανιαρό!

Παρ’ όλο λοιπόν που στη Φύση, και σε μακροσκοπικό επίπεδο, ο χρόνος χαρακτηρίζεται από ασυμμετρία, στα μικροσκοπικά φαινόμενα η ασυμμετρία αυτή εξαφανίζεται, καθ’ ότι όλες σχεδόν οι εξισώσεις της φυσικής που τα περιγράφουν είναι εντελώς αντιστρεπτές στο χρόνο. Πώς μπορεί λοιπόν να εξηγηθεί αυτή η διαφωνία και ασυμβατότητα; Πώς από την συμμετρία στο μικροσκοπικό επίπεδο περνάμε στην ασυμμετρία του χρόνου στο μακροσκοπικό; Οι πιθανές απαντήσεις στο ερώτημα αυτό, βρίσκονται εκτός του παρόντος κειμένου και φαίνεται να σχετίζονται με τις αρχικές συνθήκες του σύμπαντος κατά τη Μεγάλη Έκρηξη, και συγκεκριμένα με την πολύ χαμηλή του εντροπία. Πώς έγινε όμως και το σύμπαν βρέθηκε σε μια τόσο ελάχιστα πιθανή κατάσταση; Άγνωστο προς το παρόν.

Το θέμα Χρόνος, ακόμα κι έτσι, κάθε άλλο παρά λυμένο είναι από τους φυσικούς. Και η αναγκαιότητα επαναδιατύπωσης και επαναδιαπραγμάτευσης της φύσης του προκύπτει από την προσπάθεια των τελευταίων δεκαετιών για την σύνθεση μιας τελικής θεωρίας που θα μπορεί να περιγράφει με τρόπο ενιαίο τόσο τη βαρύτητα όσο και την κβαντική φυσική. Φιλόδοξο στ’ αλήθεια σχέδιο, τη διεκπεραίωση του οποίου έχουν αναλάβει για δεκαετίες, όχι χωρίς προβλήματα, οι δημοφιλείς και ποικίλες θεωρίες των χορδών.

Πριν απ’ αυτούς όμως ήταν ο Einstein, ο οποίος είχε βάλει το χρόνο, στο ίδιο τσουβάλι με το χώρο και τη βαρύτητα. Ο χρόνος, σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δεν ρέει ομοιόμορφα για όλους αλλά εξαρτάται από το βαρυτικό πεδίο στο οποίο βρίσκονται και το οποίο, ως γνωστόν επηρεάζει και διαμορφώνει το χώρο. Διευκρινιστικά, το βαρυτικό πεδίο αποτελεί γέννημα και θρέμμα της μάζας. Για παράδειγμα, ο χρόνος ρέει με γρηγορότερο ρυθμό, δηλαδή γερνάει κανείς πιο νωρίς, όταν το βαρυτικό πεδίο μέσα στο οποίο βρίσκεται είναι ασθενέστερο. Για το λόγο αυτό, καλό είναι να μην προτιμάμε τα ψηλά πατώματα, αλλά τα ισόγεια. Άσε και που τα ψηλότερα πατώματα είναι και πιο ακριβά!

Αν θέλουμε, όπως είδαμε παραπάνω, να ενοποιήσουμε τη βαρύτητα με την κβαντική φυσική για να κατασκευάσουμε μια ενοποιημένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, θα πρέπει να κάνουμε κάτι δραστικό με το χρόνο, ο οποίος, υπεισέρχεται μεν στη θεωρία της βαρύτητας, από την άλλη μεριά, όμως, δεν παίζει κανένα ρόλο στην κβαντική φυσική, δηλαδή, στον μικρόκοσμο των ατόμων και των στοιχειωδών σωματίων. Στον κόσμο αυτό ο χρόνος δεν είναι παρατηρήσιμο μέγεθος, όπως η ενέργεια, η θέση, η ορμή, το spin και η στροφορμή. Ούτε μπορούμε να θέσουμε ερωτήσεις του στιλ: πόσο χρόνο έμεινε σ’ αυτή τη θέση το τάδε σωμάτιο;
Τι κάνουμε λοιπόν με το χρόνο; Αποτελεί συστατικό στοιχείο της φύσης, ή παράγωγο και μόνο της ανθρώπινης εμπειρίας και του τρόπου με τον οποίο είναι δομημένος ο εγκέφαλος, με τη φύση ουδόλως να ενδιαφέρεται να τον συμπεριλάβει στο πρόγραμμά της;

Εδώ μάλλον, η επιστήμη σηκώνει τα χέρια ψηλά. Κάποιοι ισχυρίζονται ότι η πολυπόθητη ενοποίηση των δυνάμεων θα επιτευχθεί μόνο αν αφήσουμε το χρόνο έξω από τις εξισώσεις. Ενώ, άλλοι, όπως ο Lee Smolin, είναι πεπεισμένοι ότι ο χρόνος όχι μόνον υπάρχει, αλλά και ότι είναι αναγκαίος, διότι πώς αλλιώς θα μπορούσε να εξηγηθεί η γέννηση της μάζας, η εξέλιξη του σύμπαντος, η ανάδυση των θεμελιωδών τεσσάρων δυνάμεων από μια ενοποιημένη σουπερ-δύναμη, αλλά και η εξέλιξη των φυσικών νόμων, τους οποίους θεωρεί ότι δεν παραμένουν στατικοί με το χρόνο;

Στην πραγματικότητα ο Einstein οραματίστηκε τον χώρο μπλεγμένο μεν με τον χρόνο, αλλά σαν συνεχείς και όχι διακριτές ποσότητες. Κανείς όμως δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι η υφή του χωροχρόνου στο σύμπαν θα παραμένει αμετάβλητη και στον μικρόκοσμο, στο κβαντικό, δηλαδή, επίπεδο. Έτσι, το πεδίο παραμένει ανοιχτό για διάφορες ενοράσεις και καινούργιες μαθηματικές προσεγγίσεις του χωροχρόνου, στο βαθμό που οι θεωρίες των χορδών, που αντιμετωπίζουν τον χώρο και το χρόνο με την κλασσική του διάσταση της συνέχειας, αφήνουν πολλά ερωτήματα αναπάντητα.

Ένα από τα επόμενα βήματα ήταν να προχωρήσουν στη διακριτοποιηση του χωρόχρονου, μιας και η κβαντική φυσική χαρακτηρίζεται για τη διακριτότητά της και όχι για τη συνέχεια στις τιμών μεγεθών όπως η ενέργεια και ορμή. Ενώ, μια άλλη προσέγγιση ήταν να αγνοήσουν πλήρως την ύπαρξη χώρου και χρόνου στις πολύ μικρές διαστάσεις.

Παρά ταύτα, τίποτε δεν είναι ακόμα τελεσίδικο και η αληθινή φύση του χρόνου συνεχίζει να μας διαφεύγει. Το πιο σίγουρο όμως απ’ όλα είναι ο χρόνος όπως εμείς τον αντιλαμβανόμαστε, δηλαδή ο δικός μας χρόνος!

15 σχόλια:

navarino-s είπε...

Όταν σου λέω εγώ εσύ μου λες ότι υπερβάλλω! Εδώ παιδάκι μου μας απογειώνεις. Χρόνια και χρόνια παλεύω με αυτές τις έννοιες και σήμερα κατάλαβα κάτι τις! και αυτό οφείλεται σε αυτή τη μοναδική σου ικανότητα να μας απλουστεύεις πολύ δύσκολα θέματα. να 'σαι καλά ρε cynical και σε αυτό το διάστημα ανάμεσα στα δυο "παλούκια" που το ονοματίζουμε 2009 να έχεις υγεία αγάπη και δύναμη για να μας προσφέρεις τέτοιες εκπληκτικές αναρτήσεις!

Greek Rider είπε...

Καλημέρα cynical, αυτό που εμένα με εντυπωσιάζει είναι η σύγκριση του ανθρώπινου χρόνου: 1 μέρα, 4 μήνες, 8 χρόνια, 85 χρόνια με τον χρόνο της γης: 40,000 χρόνια, 400,000 χρόνια, 500 εκ χρόνια, 4 δις χρόνια...Ασύλληπτη διαφορά κλίμακας που αριθμητικά γίνεται κατανοητή αλλά ουσιαστικά δεν γίνεται κατανοητή.

Αν βλέπαμε τη φθορά ενός βουνού από τον αέρα και τη βροχή σε fast forward επι 1 δις θα το βλέπαμε κάθε δεπτερόλεπτο π.χ. να χάνει ύψος μέχρι να γίνει άμμος. Αντίθετα όλη η ιστορία της ανθρωπότητας είναι 2 εκατοστά αυτής της φθοράς.

Ζούμε σε ένα πρακτικό πάγωμα του χρόνου σε σχέση με τη ροή του πάνω στη γη.

de profundis είπε...

Ο χρόνος ο αληθινός είναι ο γιός μας ο μεγάλος και ο μικρός.

Εξαιρετική ανάρτηση αλλά δεν απαντά σε ένα ερώτημα.
Γιατι τα Σαββατοκύριακα και τις αργίες ο χρόνος ρέει γρηγορότερα παρολο που η εξασκούμενη δύναμη της βαρύτητας παραμένει η ίδια ??

Newton είπε...

Ρε cynical, ζωγράφισες πάλι! Επιστημονική εξήγηση για χρόνια πολλά πρώτη φορά βλέπω! Σε λίγο θα λέμε "στην Ελλάδα φέτος έγινε της εντροπίας". Χρόνια σου πολλά! Ή μάλλον, Μεγάλης διάρκειας πέρασμα της διάστασης του χρόνου σου εύχομαι! Φιλιά!

cynical είπε...

Σ'ευχαριστώ @Navarino-s. Μη νομιζεις και γω μαθαινω ταυτοχρονα οταν καθομαι να γραψω για κατι. Αυτο ηταν ενα προχειρο ξεσκαλισμα. Εχει πολυ ζουμι η ιστορια.

Τις ευχες για το 2009 θα εχουμε την ευκαιρια να τις ξαναπουμε.

cynical είπε...

Kαλησπέρα @Rider.
Εμενα μου κανει εντυπωση πως ο χρονος μπορει να μην ειναι εγγενής ιδιοτητα του κοσμου, και οτι μπορει να περιγραφει και χωρις να τον λαβουμε υπ' όψιν μας ρητα.
Το πειραμα του Cern δεν ειναι μονο το σωματιδιο του Higgs. Αναμενεται να ξεσκαρταρει διαφορες θεωριες και ισως δωσει μια ωθηση στην κατανοηση θεμελιωδων εννοιων, οι οποιες μεχρι τωρα ηταν στη δικαιοδοσια της φιλοσοφιας.

cynical είπε...

Η χαλαροτητα του Σαββατοκυριακου οφειλεται στην εξασθενιση του βαρυτικου πεδιου που συντελειται περιοδικα αυτες τις δυο μερες. Γιαυτο και ο χρονος ρεει γρηγοροτερα. Απορώ για την απορια σου @de Profundis.

cynical είπε...

Καλησπέρα @Newton. Και τον Νευτωνα τον απασχολησε ο χρονος. Περιμενω αναλογη αναρτηση. Οχι μονο τ' όνομα να εχουμε, αλλά και τη ...χαρη!

Για τα χρονια πολλα, θα τα ξαναπουμε. Το βλογ θα λειτουργει κανονικα.

Άθεος είπε...

Εκεί που χρόνια προσπαθούσα να κατανοήσω τη θεωρία χορδών… και τώρα που άρχισα να καταλαβαίνω κάτι και επινοήθηκε το πείραμα (cern) απογοητεύτηκα τελείως!
Έχω την εντύπωση ότι από το 1984 φάγαμε πολύ χρόνο να υποθέτουμε και να παίζουμε με τις διαστάσεις!
Αν δεν υπάρξει μια συνεπής μαθηματική και εννοιολογική γλώσσα ώστε να καταφέρουμε να ενοποιήσουμε την κβαντική θεωρία με τη γενική σχετικότητα νομίζω θα χρονοτριβούμε αδίκως!
Από τότε που η θεωρία χορδών περιορίστηκε στην περιγραφή χορδών και βρανών να κινούνται σε χωροχρονικές γεωμετρίες σταθερού υποβάθρου, μου φαίνεται δεν έχει πια τη δυνατότητα να μας προσφέρει τίποτα, ούτε για την κβαντική θεωρία ούτε για τη φύση του χρόνου!
Χρόνια Πολλά με τη συμβατική έννοια του Χρόνου!

navarino-s είπε...

Να μη λες μετά ότι σε αδικούνε: και ολόκληρο το κείμενο για το δέντρο και σαλόνι, χθες στη σαββατιάτικη η μυστακίδου!
την καλημέρα μου!

Odyssey είπε...

έχω την υποψία ότι η κυρία μας λέει από τώρα πρωτοχρονιάτικα κάλαντα.
μεταθέτει το χρόνο. Ο οποίος έτσι κι αλλιώς είναι άχρονος.
άσε που μαθαίναμε ότι ο χρόνος είναι χρήμα και τελικά αποδείχτηκε ότι ο χρόνος είναι ο τόκος. Μένει να δούμε πόσο είναι το επιτόκιο. Και ούτε λόγος για τα πανωτόκια.
Ύστερα, δεν υπάρχει ένας χρόνος.
Κάθε πράγμα στον καιρό του, ήγουν στο χρόνο του. Ο καθένας με το χρόνο του, λοιπόν. Και με τον πόνο του.
Χρόνος Einstein
Xρόνος Νεύτωνα
Χρόνος Hubble
Χρόνος Planck
Και έπεται συνέχεια
Χρόνος αρνητικός, ελαστικός, κοινωνικός, προσωπικός, φανταστικός και ο κακός μας ο ...άστο.
Βλέπω πολύ τηλεόραση.
ΕΤ3: "Το σύμπαν που αγάπησα"
Ο χρόνος μεταβάλλεται, μεταβαλλομένου του σύμπαντος, δηλ. η διάρκεια ενός δευτερόλεπτου δεν είναι ίδια στη διάρκεια του σύμπαντος. Άρα δεν μπορεί να υπολογιστεί η ηλικία του, άρα και η δική μου.
Παιδί είμαι ακόμα.
Έσκισα. Το πιάσατε το υπονοούμενο.
Όμως, με την ευκαιρία της ωραίας γραφής σας κυρία φυσικός, τι όμορφα που θα ήταν, αν αυτά ήταν τα θέματα, με τα οποία θα περνούσαν τα παιδιά τον καιρό τους στο σχολείο.
Η καλλιέργεια της νόησης και όχι η βαθμολόγηση της κατανόησης.

Λέμε, τώρα.

cynical είπε...

@Άθεε καλημέρα και χρόνια πολλά.

Επειδή μου διαφεύγουν πολλά απο τις θεωριες των χορδων, μάλλον καποια μερα (ελπίζω σύντομα) θα στρωθω και θα επιχειρησω να βαλω καποια ταξη, σχετικα με το τι εχουν καταφερει και τι οχι. Πάντως οι περισσοτεροι υποπτευονται οτι δεν μπορει να ειναι η τελικη θεωρια. Δεν τολμω να πω παραπναω γιατι το πιο πιθανο ειναι οτι θα κανω λαθος.

Ο Lee Smolin ειναι απο τους πιο γνωστους μαζι με τη συμπατριώτισσα μας τη Φωτεινη Μακροπούλου που αναπτυσσουν θεωριες διακριτοποιησης του χωροχρονου, είτε σαν loops ειτε σαν φρακταλς.

Θα τα ξαναπούμε σχετικα με αυτα.

cynical είπε...

@Navarino-s, καλά που έχω και σενα και με πληροφορεις. Πάλι δεν το πηρα χαμπάρι...

Καλά, δεν λέω, υπήρξε σημαντικη προοδος απο το προηγουμενη φορα που αναδημοσιευσε η στηλη κειμενο. Ναι, αλλά εξώφυλλο;; Ποσο πια θα περιμένω;; Αμαν!

cynical είπε...

Γεια σου @Odyssey,

Ε!, μα τώρα, πώς θα πούμε τα κάλαντα αν δεν έχουμε εμπεδώσει τις σύγχρονες θεωριες περί χωροχρόνου! Χωρις να εχουμε την ελάχιστη συναισθηση για το τι ειναι αυτό το "ζώο", το οποίο πάμε να εξευμενίσουμε και να καλοσωρίσουμε;;

Αυτος που ειπε (ποιος;) οτι ο χρονος ειναι άχρονος, μεγαλη κουβεντα ειπε. Μηπως δεν ειναι έτσι και ο χρονος μεταβάλλεται με το χρονο; Ως τωρα ξεραμε οτι μεταβαλλεται με το βαρυτικο πεδιο και την ταχυτητα του παρατηρητη. Σε ενα τοσο δυναμικο συμπαν, μονο να ζαλιστώ μπορώ, και να ζητήσω καταφύγιο στους γνωριμους προσωπικους χρονους, που ειναι συνηθως οι χρονοι εξωφλησης δανειων, λογαριασμων, πιστωτικων καρτων, χρονοι παραδοσης αποτελεσματων, και ο χρονος των γενεθλιων που ειναι και αθροιστικος, πανάθεμά τον!

Θα μπορούσε, (ειναι εφικτό) να υπάρξει ενα αυτονομο μαθημα χωρις βαθμο και εξετασεις, όπου τα παιδια θα ξεναγούνταν στα μυστικα του κοσμου, και οχι μεσα στην αίθουσα του σχολειου, αλλα καπου χαλαρά, ίσως καπου εξω σε κανενα δασακι ή πάρκο, καθισμενα στο χορτάρι...

Odyssey είπε...

@cyn
Στο μυαλό μου ήσουν.
Εκεί στην εξοχή.
Στο δασάκι με τους ευκάλυπτους, δίπλα στη λιμνοθάλασσα.
Ή πίσω από τα κυκλώπεια τείχη.
Εκεί που ήταν κάποτε η αρχαία αγορά. Να φέρουμε κοντά την απόσταση της γνώσης και του χρόνου.

"Έχει μεγάλη σημασία να δίνεις -συνειδητά και κατανοητά- στο ευρύ κοινό μια ευκαιρία να αντιληφθεί τις προσπάθειες και τα αποτελέσματα της επιστημονικής έρευνας...Όταν οι γνώσεις περιορίζονται σ' έναν μικρό όμιλο ανθρώπων, νεκρώνεται το επιστημονικό πνεύμα του λαού και οδηγείται στην πνευματική φτώχεια."
Albert Einstein