oktober 24, 2021

Nettnord.no

Næringsnett Nord-Troms

Hva er tid og hvorfor går det fremover?

Vi tror at universet har en tidslinje, et punkt der det begynte, til nå. Men hvor mye vet moderne kosmologer egentlig om tid? Bilde via Alex Mittelmann / Wikimedia.

Hva er tid?

Av Thomas kitching, UCL

Tenk at tiden går bakover. Folk ville bli yngre enn gamle, og etter et langt liv med gradvis foryngelse, avlæring av alt de vet, ville de ende opp som et glimt i foreldrenes øyne. Det er tiden representert i en roman av science fiction -forfatteren Philip K. Dick Men overraskende er tidsretningen også et problem som kosmologer sliter med.

Selv om vi tar for gitt at tid har en bestemt retning, gjør ikke fysikere: de fleste naturlover er “reversible in time”, noe som betyr at de ville fungere like bra hvis tiden ble definert for å løpe bakover. Så hvorfor tikker tiden alltid på? Og vil det alltid gjøre det?

Hjelp EarthSky med å gi deg flere artikler om kosmos. Gi det du kan til vår årlige crowdfunding -kampanje.

Har tiden en begynnelse?

Ethvert universelt tidsbegrep må til syvende og sist være basert på utviklingen av selve kosmos. Når du ser ut i universet, ser du hendelser som har skjedd tidligere; det tar litt tid å nå oss. Faktisk kan selv den enkleste observasjonen hjelpe oss å forstå kosmologisk tid: for eksempel det faktum at nattehimmelen er mørk. Hvis universet hadde en uendelig fortid og dens forlengelse var uendelig, ville nattehimmelen være helt lys, fylt med lyset fra et uendelig antall stjerner i et kosmos som alltid hadde eksistert.

I lang tid trodde forskere, inkludert Albert Einstein, at universet var statisk og uendelig. Siden har observasjoner vist som faktisk ekspanderer og i en akselerert hastighet. Dette betyr at den må ha sin opprinnelse i en mer kompakt tilstand som vi kaller Big Bang, noe som betyr at tiden har en begynnelse. Faktisk, hvis vi ser etter lys som er gammelt nok, kan vi til og med se relikviestråling fra Big Bang: kosmisk mikrobølgeovn. Å innse dette var et første skritt for å bestemme universets alder (se nedenfor).

READ  Smart eksperiment avslører hvordan våre forfedre brukte lyskilder i huler

Relativt

Men det er en fangst, Einsteins spesielle relativitetsteori viser det tiden er relativ: Jo raskere du beveger deg i forhold til meg, jo saktere tid vil gå i forhold til min oppfatning av tid. Så i vårt univers av ekspanderende galakser, spinnende stjerner og spinnende planeter varierer tidens erfaringer: all fortid, nåtid og fremtid er relative.

Hva er tid: Melkeveien buer over et mørkt, steinete landskap.
Hvorfor nattehimmelen kan fortelle oss mye om været. Bilde via Arches National Park / Flickr.

Det viser seg at fordi universet i gjennomsnitt er det samme overalt, og i gjennomsnitt ser likt ut i alle retninger, er det en kosmisk tid. For å måle det er det bare å måle egenskapene til den kosmiske mikrobølgeovnen. Kosmologer har brukt dette for å bestemme universets alder – dens kosmiske alder. Det viser seg at universet er 13.799 millioner år gammelt.

Tidspilen

Så vi vet at tiden sannsynligvis startet under Big Bang. Men ett spørsmål er fortsatt: hva er det egentlig? Det er vær?

For å løse dette spørsmålet må vi se på de grunnleggende egenskapene til rom og tid. I rommets dimensjon kan den bevege seg frem og tilbake; reisende opplever dette hver dag. Men tiden er annerledes, den har en retning, du går alltid fremover, aldri bakover. Så hvorfor er tidens dimensjon irreversibel? Dette er en av de viktigste uløste problemene i fysikk.

For å forklare hvorfor tiden i seg selv er irreversibel, må vi finne prosesser i naturen som også er irreversible. En av få slike begreper i fysikk (og i livet!) Er at ting har en tendens til å bli mindre “ryddig” etter hvert som tiden går. Vi beskriver dette ved hjelp av a fysisk eiendom kalt entropi som koder hvor bestilt noe er.

READ  Kinas månesonde vil frakte fransk og russisk utstyr

Tenk deg en gassboks der alle partiklene opprinnelig ble plassert i ett hjørne (en ordnet tilstand). Over tid ville de naturligvis søke å fylle hele esken (en rotete tilstand), og å sette partiklene tilbake i en ryddig tilstand ville kreve energi. Dette er irreversibelt. Det er som å bryte et egg for å lage en omelett. Når pannen er spredt og fylt, blir den aldri eggformet igjen. Det samme gjelder universet: Når det utvikler seg, øker den generelle entropien.

Spredte dioder og annen liten elektronikk sølte ut av et plasthus.
Dessverre kommer det ikke til å fikse seg selv. Bilde via Alex Dinovitser / Wikimedia.

Voksende lidelse

Det viser seg at entropi er en ganske god måte å forklare tidspilen på. Og selv om det kan se ut som om universet blir mer ryddig enn mindre, og det går fra et vilt hav av varm gass relativt jevnt fordelt i sine tidlige stadier til stjerner, planeter, mennesker og artikler om tid, er det mulig at økende. uryddig. Dette er fordi tyngdekraften forbundet med store masser kan trekke materie inn i tilsynelatende ordnede tilstander, med den økte lidelsen som vi tror må ha funnet sted på en eller annen måte skjult i gravitasjonsfeltene. Så rotet kan øke selv om vi ikke ser det.

Men gitt naturens tendens til å foretrekke uorden, hvorfor startet universet i en slik ryddig tilstand i utgangspunktet? Dette regnes fortsatt som et mysterium. Noen forskere hevder at Big Bang kanskje ikke engang har vært begynnelsen, faktisk kan det ha vært det Parallelle universer hvor tiden går i forskjellige retninger.

Vil tiden gå ut?

Tiden hadde en begynnelse, men om den vil få en slutt, avhenger av arten av mørk energi som får den til å ekspandere med en akselerert hastighet. Hastigheten på denne utvidelsen kan til slutt rive universet fra hverandre og tvinge det til å ende i en stor rip; alternativt kan mørk energi forfalle, snu Big Bang og ende universet i en Big Crunch; eller universet kan bare utvide seg for alltid.

READ  Tre nye arter av stående flekkflekker ble oppdaget

Men ville noen av disse framtidsscenariene ende med tiden? Vel, ifølge kvantemekanikkens merkelige regler kan små tilfeldige partikler øyeblikkelig komme ut av et vakuum, noe som stadig sees i partikkelfysikkeksperimenter. Noen har hevdet det mørk energi kan forårsake slike “kvantefluktuasjoner” som gir opphav til et nytt Big Bang, avslutt tidslinjen vår og start en ny. Selv om dette er ekstremt spekulativt og svært usannsynlig, er det vi vet det bare når forstår mørk energi vi vil kjenne universets skjebne.

Så hva er det mest sannsynlige resultatet? Bare tiden vil vise.

Thomas kitching, Professor i astrofysikk, UCL

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert den Samtalen. Les Original artikkel.

I et nøtteskall: Hva er tid og hvorfor går det fremover? Kosmolog Thomas Kitching fra University College London forklarer hvordan tidspilen peker mot fremtiden.