Prof. Carlo ROVELLI: Spowolnienie czasu

TSF Jazz Radio

Spowolnienie czasu

Prof. Carlo ROVELLI

Włoski fizyk. Na uniwersytecie Aix-Marseille wykłada historię nauki i teorię względności, bada zagadnienie grawitacji kwantowej. Jego "Seven Brief Lessons on Physics", przybliżająca laikom aktualny stan wiedzy dotyczącej nowoczesnej fizyki, stała się światowym bestsellerem.

Starożytna astronomia opisała ruchy ciał niebieskich w czasie. Od równań Newtona, które leżą u podstawy dynamiki, po równania Maxwella, które opisują zjawiska elektromagnetyczne, od równania Schrödingera, które pokazuje ewolucję zjawisk kwantowych po równania kwantowej teorii pól, które opisują dynamikę cząstek subatomowych, cała nasza fizyka jest nauką o sposobie, w jaki rzeczy ewoluują „w porządku czasu” – pisze prof. Carlo ROVELLI

.Zacznę od prostego faktu: czas biegnie szybciej w górze niż na dole.

Różnica jest nieznaczna, ale da się ją bardzo łatwo zmierzyć za pomocą precyzyjnych zegarów, które można kupić w internecie za kilka tysięcy euro. Wystarczy trochę wprawy – każdy w zasadzie jest w stanie stwierdzić, że czas spowalnia. Doświadczenia laboratoryjne pokazują, że spowolnienie jest zauważalne przy kilku ledwie centymetrach odstępu: zegar leżący na podłodze chodzi trochę wolniej od zegara na stole.

Nie tylko zegary spowalniają. Im niżej, tym wolniejsze są wszystkie procesy. Dwaj przyjaciele rozdzielają się; jeden zamieszka na nizinie, a drugi w górach. Po kilku latach spotykają się: ten, który mieszkał na nizinie, żył krócej, mniej się zestarzał, wahadło jego zegara z kukułką zrobiło mniej wahnięć, miał mniej czasu na wykonanie swoich czynności, jego rośliny rosły wolniej, a jego myśli miały mniej czasu, by się rozwinąć… Na dole jest mniej czasu niż na górze.

Zaskakujące? Być może, ale tak skonstruowany jest nasz świat. W niektórych miejscach czas upływa wolniej, a w niektórych szybciej.

Jedyne, co naprawdę powinno nas zaskakiwać, to fakt, że istniał człowiek, który odkrył spowolnienie czasu sto lat przed powstaniem zegarów zdolnych to zmierzyć. Nazywał się Albert Einstein.

Zdolność przewidzenia jakiegoś zjawiska, nim się je zobaczy, stanowi sedno myśli naukowej.

Żyjący w czasach starożytnych Anaksymander doszedł do przekonania, że niebo rozciąga się pod naszymi stopami – wieki przed tym, jak pierwsze statki opłynęły Ziemię. Z nastaniem ery nowożytnej wiedza o tym, że Ziemia się kręci, była już znana Kopernikowi na długo przed tym, jak pierwsi astronauci na Księżycu mogli to naocznie stwierdzić. Podobnie i Einstein: zrozumiał, że czas biegnie na różne sposoby, i to wiele lat przed powstaniem wystarczająco precyzyjnych zegarów zdolnych to zjawisko zmierzyć.

Widzimy więc, że rzeczy, które ludzie uważali długo za oczywiste, były jedynie wyobrażeniami. Niebo, mawiano, jest tylko u góry. Gdyby było na dole, to Ziemia by spadła! Ziemia nie może się kręcić – gdyby się kręciła, byłaby to jakaś katastrofa! Czas? Oczywiście, że wszędzie biegnie tak samo… Dzieci rosną i uczą się, że świat niekoniecznie wygląda tak, jak się im zdawało. Podobnie rzecz się ma z resztą ludzkości.

Einstein postawił sobie pytanie, które być może wszyscy sobie zadawaliśmy w liceum, poznając prawo powszechnego ciążenia: w jaki sposób Słońce i Ziemia „przyciągają się”, skoro się nie stykają i nie ma pomiędzy nimi niczego? Einstein znalazł możliwe wyjaśnienie. Wyobraził sobie, że oba ciała niebieskie nie przyciągają się bezpośrednio, ale każde z nich działa stopniowo na to, co znajduje się pomiędzy nimi. A ponieważ pomiędzy nimi są jedynie czas i przestrzeń, założył, że Słońce i Ziemia oddziałują na czas i przestrzeń wokół siebie, podobnie jak ciało, które zanurzając się w wodzie, wywołuje jej ruchy. Zmiana struktury czasu wpływa na ruch wszystkich ciał, sprawiając, że „wpadają” na siebie.

Czym jest owa „zmiana struktury czasu”? Niczym innym, jak opisanym wyżej spowolnieniem: każde ciało spowalnia czas wokół siebie. Ziemia, która ma dużą masę, spowalnia czas w swoim sąsiedztwie. Bardziej na nizinach niż w górach, ponieważ szczyty są bardziej oddalone od środka Ziemi. To dlatego właśnie ten z dwojga przyjaciół, który mieszka na nizinie, starzeje się wolniej.

Spowolnienie czasu jest przyczyną spadania ciał. Tam, gdzie czas biegnie jednolicie, na przykład w przestrzeni międzyplanetarnej, rzeczy nie spadają, pozostają w zawieszeniu. Na powierzchni naszej planety ciała w sposób naturalny przemieszczają się w kierunku miejsca, gdzie czas płynie wolniej. Możemy się o tym przekonać choćby wtedy, gdy rozpędzeni wbiegamy z plaży do morza i od razu pod wpływem naporu wody na nogi nasze ciało upada do przodu. Ciała spadają, ponieważ na dole czas jest spowolniony przez Ziemię.

Zatem choć nie możemy zaobserwować spowolnienia czasu w sposób bezpośredni, jego skutki są niesamowicie doniosłe: odpowiada ono za spadanie ciał i za to, że nasze stopy twardo stoją na ziemi. Nasze stopy są mocno związane z podłożem, ponieważ całe ciało dąży do miejsca, w którym czas biegnie wolniej. A czas biegnie wolniej dla naszych stóp niż dla głowy.

Czy to może dziwić? Przywołam inny przykład: każdemu z nas, gdy po raz pierwszy widział, jak Słońce majestatycznie zachodzi za odległe chmury na horyzoncie, przyszła nagle do głowy myśl, że to nie Słońce się przemieszcza, ale Ziemia. I szalonymi oczyma naszej wyobraźni od razu widzieliśmy, jak cała nasza planeta i my sami oddalamy się od Słońca ze wsteczną rotacją. Były to oczy szaleńca ze wzgórza, jak pisał w jednej z piosenek Paul McCartney. Takie oczy widzą dalej niż te nasze, zazwyczaj zresztą zaspane…

Dziesięć tysięcy tańczących bóstw Śiwa

.Podziwiam Anaksymandra z Miletu, greckiego filozofa, który dwadzieścia sześć wieków temu zrozumiał, że Ziemia nie ma punktu podparcia i unosi się w przestrzeni kosmicznej. Znamy myśl Anaksymandra jedynie z pism innych autorów. Istnieje tylko jeden znany fragment jego dzieła. Oto on:

To, co jest początkiem istniejących rzeczy, z konieczności stanie się ich zgubą. Ponoszą bowiem karę sprawiedliwą za niesprawiedliwość swoją w porządku czasu.

Z początków istnienia nauk przyrodniczych przetrwały do naszych czasów jedynie te tajemniczo brzmiące i prorocze słowa: „w porządku czasu…” (κατά τήν τού χρόνου τάξιν).

Astronomia i fizyka rozwijały się, podążając za wskazaniami Anaksymandra: zrozumieć, w jaki sposób przebiegają zjawiska w porządku czasu. Starożytna astronomia opisała ruchy ciał niebieskich w czasie. Od równań Newtona, które leżą u podstaw dynamiki, po równania Maxwella, które opisują zjawiska elektromagnetyczne, od równania Schrödingera, które pokazuje ewolucję zjawisk kwantowych, po równania kwantowej teorii pól, które opisują dynamikę cząstek subatomowych, cała nasza fizyka jest nauką o sposobie, w jaki rzeczy ewoluują „w porządku czasu”.

Zgodnie z dawnym zwyczajem czas oznaczamy literą „t” (słowo „czas” zaczyna się na „t” w języku francuskim, włoskim, angielskim, hiszpańskim, ale nie w niemieckim, arabskim, rosyjskim ani chińskim). Co oznacza „t”? To liczba, którą uzyskujemy za pomocą zegara. Równania pokazują nam, w jaki sposób rzeczy ewoluują, gdy upływa czas mierzony zegarem.

Ale jeśli różne zegary pokazują różne czasy, jak ustaliliśmy to wcześniej, to na który czas wskazuje „t”? Gdy dwóch przyjaciół spotyka się po okresie rozłąki, w trakcie której jeden mieszkał w górach, a drugi na nizinie, zegarki, które mają oni na rękach, wskazują różne czasy. Który z nich jest czasem „t”? Zegary w laboratorium fizycznym odmierzają różne czasy, w zależności od tego, czy znajdują się na stole, czy na podłodze. Który z nich pokazuje czas właściwy? Jak opisać różnicę w pomiarze czasu przez dwa zegary? Powinniśmy twierdzić, że zegar leżący na podłodze spóźnia się względem rzeczywistego czasu, odmierzanego przez zegar leżący na stole? Czy może, że zegar na stole spieszy się względem prawdziwego czasu mierzonego przy podłodze?

W rzeczywistości kwestia ta nie ma najmniejszego sensu. To tak, jakbyśmy dociekali, czy wartość dolara w funtach jest prawdziwsza od wartości funta w dolarach. Nie ma prawdziwej wartości, są dwie waluty, które mają różne wartości względem siebie. Nie ma prawdziwszego czasu. Są dwa czasy, odmierzane przez prawdziwe i różne zegary, które podają raz taki, raz inny czas. Żaden z nich nie jest prawdziwszy od drugiego.

A tak naprawdę to mamy dużo więcej czasów niż tylko dwa. Każdy punkt w przestrzeni ma swój czas. Jest więc nie jeden czas, lecz całe mnóstwo czasów.

Czas wskazywany przez dany zegar, odmierzany przez jakieś konkretne zjawisko, nosi w fizyce nazwę „czasu własnego”. Każdy zegar ma swój czas własny. Każde zjawisko, które ma miejsce, posiada swój własny czas, swój własny rytm.

Einstein nauczył nas zapisywać równania, które opisują sposób, w jaki ewoluują czasy własne względem siebie. Nauczył nas obliczać różnicę między dwoma czasami.

Charakter jednostkowy pojęcia „czas” pryska. Na jego miejsce pojawia się mnogość czasów, niczym ogromna pajęczyna. Nie opisujemy, w jaki sposób świat zmienia się w czasie: opisujemy ewolucję poszczególnych rzeczy we właściwych im czasach lokalnych oraz ewolucję czasów lokalnych względem siebie. Świat nie jest podobny do plutonu podążającego rytmem dowódcy. To sieć zdarzeń, które wzajemnie na siebie oddziałują.

Tak opisuje czas ogólna teoria względności Einsteina. Jej równania nie mają jednego czasu, ale niezliczone czasy. Między dwoma zdarzeniami, jak na przykład rozdzielenie czy zbliżenie do siebie dwóch zegarów, nie ma jednego upływu czasu. Fizyka nie opisuje, w jaki sposób rzeczy ewoluują „w czasie”, ale w jaki sposób ewoluują w ich własnych czasach i jak te czasy ewoluują względem siebie.

.Czas stracił więc swoją pierwszą powłokę: jedyność. Gdziekolwiek się znajdziemy, czas będzie miał swój własny i inny od pozostałych rytm. Według różnych rytmów ewoluują rzeczy tego świata. A jeśli czasem zarządza tańczący Śiwa, to powinien istnieć pod dziesiątkami tysięcy postaci, poruszających się we wspólnym tańcu, jak na obrazie Matisse’a…

Carlo Rovelli
Fragment najnowszej książki “L’ordre du temps”, wyd. Flammarion 2018. Przekład i publikacja w Polsce za zgodą Autora. Tłumaczenie dla Wszystko Co Najważniejsze: Andrzej Stańczyk

 

 

 

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam