Είναι καιρός να απαλλαγείτε από τον χρόνο;

Οι ποιητές συχνά σκέφτονται τον χρόνο σαν ένα ποτάμι, ένα ρυάκι που ρέει ελεύθερα που μας μεταφέρει από το λαμπερό πρωινό της γέννησης στο χρυσό λυκόφως των γηρατειών. Είναι το άνοιγμα που χωρίζει το λεπτό μπουμπούκι της άνοιξης από το καταπράσινο λουλούδι του καλοκαιριού.

Οι φυσικοί σκέφτονται τον χρόνο με κάπως πιο πρακτικούς όρους. Γι' αυτούς, ο χρόνος είναι ένα μέσο μέτρησης της αλλαγής - μια ατελείωτη σειρά στιγμιότυπων που, δεμένες σαν χάντρες, μετατρέπουν ένα αβέβαιο μέλλον σε παρόν και το παρόν σε οριστικό παρελθόν. Η ίδια η έννοια του χρόνου επιτρέπει στους ερευνητές να υπολογίσουν πότε ένας κομήτης θα στρογγυλέψει τον ήλιο ή πώς ένα σήμα διασχίζει ένα τσιπ πυριτίου. Κάθε βήμα στο χρόνο παρέχει μια ματιά στην εξέλιξη των μυριάδων φαινομένων της φύσης.

Με άλλα λόγια, ο χρόνος είναι ένα εργαλείο. Στην πραγματικότητα, ήταν το πρώτο επιστημονικό εργαλείο. Ο χρόνος μπορεί τώρα να τεμαχιστεί σε φέτες τόσο λεπτές όσο ένα δέκα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Τι τεμαχίζεται όμως; Σε αντίθεση με τη μάζα και την απόσταση, ο χρόνος δεν μπορεί να γίνει αντιληπτός από τις φυσικές μας αισθήσεις. Δεν βλέπουμε, ακούμε, μυρίζουμε, αγγίζουμε ή γευόμαστε τον χρόνο. Κι όμως κατά κάποιο τρόπο το μετράμε. Καθώς μια ομάδα θεωρητικών προσπαθεί να επεκτείνει και να βελτιώσει τη γενική θεωρία της σχετικότητας, τον βαρυσήμαντο νόμο της βαρύτητας του Αϊνστάιν, έχουν πρόβλημα με το χρόνο. Ένα μεγάλο πρόβλημα.

«Είναι μια κρίση», λέει ο μαθηματικός John Baez, από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Riverside, «και η λύση μπορεί να οδηγήσει τη φυσική σε μια νέα κατεύθυνση». Όχι η φυσική του καθημερινού μας κόσμου. Τα χρονόμετρα, τα εκκρεμή και τα ρολόγια μέιζερ υδρογόνου θα συνεχίσουν να παρακολουθούν πολύ καλά τη φύση εδώ, στα γήινα περιβάλλοντά μας με χαμηλή ενέργεια. Η κρίση προκύπτει όταν οι φυσικοί προσπαθούν να συγχωνεύσουν τον μακρόκοσμο -το σύμπαν στη μεγαλύτερή του κλίμακα- με τον μικρόκοσμο των υποατομικών σωματιδίων.

Επί Νεύτωνα, ο χρόνος ήταν ιδιαίτερος. Κάθε στιγμή καταμετρήθηκε από ένα παγκόσμιο ρολόι που στεκόταν ξεχωριστό και ξεχωριστό από το υπό μελέτη φαινόμενο. Στη γενική σχετικότητα, αυτό δεν ισχύει πλέον. Ο Αϊνστάιν δήλωσε ότι ο χρόνος δεν είναι απόλυτος - κανένα συγκεκριμένο ρολόι δεν είναι ειδικό - και οι εξισώσεις του που περιγράφουν πώς λειτουργεί η βαρυτική δύναμη το λαμβάνουν υπόψη αυτό. Ο νόμος της βαρύτητας του μοιάζει ο ίδιος ανεξάρτητα από το ρολόι που χρησιμοποιείτε ως μετρητή. «Στη γενική σχετικότητα ο χρόνος είναι εντελώς αυθαίρετος», εξηγεί ο θεωρητικός φυσικός Christopher Isham του Imperial College του Λονδίνου. «Οι πραγματικές φυσικές προβλέψεις που προκύπτουν από τη γενική σχετικότητα δεν εξαρτώνται από την επιλογή του ρολογιού σας». Οι προβλέψεις θα είναι οι ίδιες είτε χρησιμοποιείτε ένα ρολόι που ταξιδεύει κοντά στην ταχύτητα του φωτός είτε ένα που κάθεται ήσυχα στο σπίτι σε ένα ράφι.

Η επιλογή του ρολογιού εξακολουθεί να είναι κρίσιμη, ωστόσο, σε άλλους τομείς της φυσικής, ιδιαίτερα στην κβαντομηχανική. Διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στην περίφημη κυματική εξίσωση του Erwin Schrödinger το 1926. Η εξίσωση δείχνει πώς ένα υποατομικό σωματίδιο, είτε ταξιδεύει μόνο του είτε κάνει κύκλους σε ένα άτομο, μπορεί να θεωρηθεί ως μια συλλογή κυμάτων, ένα πακέτο κυμάτων που κινείται από σημείο σε σημείο χώρο και από στιγμή σε στιγμή στο χρόνο.

Σύμφωνα με το όραμα της κβαντικής μηχανικής, η ενέργεια και η ύλη τεμαχίζονται σε διακριτά κομμάτια, που ονομάζονται κβάντα, των οποίων οι κινήσεις είναι αλματώδεις και θολές. Κυμαίνονται τρελά. Η συμπεριφορά αυτών των σωματιδίων δεν μπορεί να υπολογιστεί ακριβώς, όπως μπορεί η τροχιά ενός πυραύλου. Χρησιμοποιώντας την κυματική εξίσωση του Schrödinger, μπορείτε μόνο να υπολογίσετε την πιθανότητα ένα σωματίδιο - ένα κυματικό πακέτο - να φτάσει σε μια συγκεκριμένη θέση ή ταχύτητα. Αυτή είναι μια εικόνα τόσο διαφορετική από τον κόσμο της κλασικής φυσικής που ακόμη και ο Αϊνστάιν τάχθηκε ενάντια στην απροσδιοριστία του. Δήλωσε ότι δεν μπορούσε ποτέ να πιστέψει ότι ο Θεός θα έπαιζε ζάρια με τον κόσμο.

Θα μπορούσατε να πείτε ότι η κβαντομηχανική εισήγαγε μια ασάφεια στη φυσική:Μπορείτε να εντοπίσετε την ακριβή θέση ενός σωματιδίου, αλλά σε μια αντιστάθμιση. τότε η ταχύτητά του δεν μπορεί να μετρηθεί πολύ καλά. Αντίθετα, εάν γνωρίζετε πόσο γρήγορα πηγαίνει ένα σωματίδιο, δεν θα μπορείτε να γνωρίζετε ακριβώς πού βρίσκεται. Ο Werner Heisenberg συνόψισε καλύτερα αυτήν την περίεργη και εξωτική κατάσταση με την περίφημη αρχή της αβεβαιότητας. Όμως όλη αυτή η δράση, όσο αβέβαιη κι αν είναι, συμβαίνει σε μια σταθερή σκηνή χώρου και χρόνου, μια σταθερή αρένα. Ένα αξιόπιστο ρολόι υπάρχει πάντα -είναι πάντα απαραίτητο, πραγματικά- για να παρακολουθεί τα συμβάντα και έτσι να επιτρέπει στους φυσικούς να περιγράψουν πώς αλλάζει το σύστημα. Τουλάχιστον, αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ρυθμίζονται τώρα οι εξισώσεις της κβαντομηχανικής.

Και αυτή είναι η ουσία του προβλήματος. Πώς αναμένεται οι φυσικοί να συγχωνεύσουν έναν νόμο της φυσικής - δηλαδή τη βαρύτητα - που δεν απαιτεί ειδικό ρολόι για να καταλήξει στις προβλέψεις του, με τους υποατομικούς κανόνες της κβαντικής μηχανικής, που συνεχίζουν να λειτουργούν μέσα σε ένα παγκόσμιο, Νευτώνειο χρονικό πλαίσιο; Κατά κάποιο τρόπο, κάθε θεωρία κινείται στους ρυθμούς ενός διαφορετικού ντράμερ (ή στο χτύπημα διαφορετικού ρολογιού).

Γι' αυτό τα πράγματα αρχίζουν να τρελαίνονται λίγο όταν προσπαθείς να συνδυάσεις αυτούς τους δύο τομείς της φυσικής. Αν και η κλίμακα στην οποία η κβαντική βαρύτητα μπαίνει στο παιχνίδι είναι τόσο μικρή που η τρέχουσα τεχνολογία δεν μπορεί να μετρήσει αυτές τις επιπτώσεις άμεσα, οι φυσικοί μπορούν να τις φανταστούν. Τοποθετήστε κβαντικά σωματίδια στο ελαστικό, εύκαμπτο στρώμα του χωροχρόνου, και θα λυγίσει και θα διπλωθεί σαν τόσο πολύ καουτσούκ. Και αυτή η ευελιξία θα επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τη λειτουργία οποιουδήποτε ρολογιού που παρακολουθεί τα σωματίδια. Ένα ρολόι που πιάστηκε σε αυτό το μικροσκοπικό υπομικροσκοπικό βασίλειο θα έμοιαζε πιθανότατα με ένα ρολόι εκκρεμούς που δουλεύει ανάμεσα στις φαρέτρες και τα ρίγη ενός σεισμού. «Εδώ η ίδια η αρένα υπόκειται σε κβαντικά φαινόμενα και κανείς δεν έχει τίποτα να σταθεί», εξηγεί ο Isham. «Μπορείτε να καταλήξετε σε μια κατάσταση όπου δεν έχετε καμία ιδέα για το χρόνο». Αλλά οι κβαντικοί υπολογισμοί εξαρτώνται από μια σίγουρη αίσθηση του χρόνου.

Για τον Κάρελ Κούτσα, γενικό σχετικιστή και ομότιμο καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, το κλειδί για τη μέτρηση του κβαντικού χρόνου είναι να επινοήσει, χρησιμοποιώντας έξυπνα μαθηματικά, ένα κατάλληλο ρολόι – κάτι που επιχειρεί, κλειστά και συνεχόμενα, για αρκετές δεκαετίες. Συντηρητικός από τη φύση του, ο Kucha πιστεύει ότι είναι καλύτερο να εμμείνετε σε αυτά που γνωρίζετε πριν προχωρήσετε σε πιο ριζοσπαστικές λύσεις. Έτσι, αναζητούσε αυτό που θα μπορούσε να ονομαστεί η υπομικροσκοπική έκδοση ενός νευτώνειου ρολογιού, ένας κβαντικός χρονομέτρης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει τη φυσική που συμβαίνει στο εξαιρετικό βασίλειο που κυβερνάται από την κβαντική βαρύτητα, όπως τα μύχια μιας μαύρης τρύπας ή η πρώτη στιγμή δημιουργίας.

Σε αντίθεση με τα ρολόγια που χρησιμοποιούνται στην καθημερινή φυσική, το υποθετικό ρολόι του Kucha δεν θα στεκόταν σε μια γωνία, ανεπηρέαστο από αυτό που συμβαίνει γύρω του. Θα τοποθετηθεί μέσα στο μικροσκοπικό, πυκνό σύστημα όπου κυριαρχεί η κβαντική βαρύτητα και θα ήταν αναπόσπαστο μέρος του. Αυτή η κατάσταση εκ των έσω έχει τις παγίδες της:Το ρολόι θα άλλαζε καθώς άλλαζε το σύστημα—έτσι για να παρακολουθείτε την ώρα, θα πρέπει να καταλάβετε πώς να παρακολουθείτε αυτές τις παραλλαγές. Κατά κάποιο τρόπο, θα ήταν σαν να πρέπει να ανοίγετε το ρολόι χειρός σας και να ελέγχετε τη λειτουργία του κάθε φορά που θέλετε να αναφερθείτε σε αυτό.

Οι πιο συνηθισμένοι υποψήφιοι για αυτόν τον ειδικό τύπο ρολογιού είναι απλώς «ρολόγια ύλης». «Αυτό, φυσικά, είναι το είδος του ρολογιού που έχουμε συνηθίσει από αμνημονεύτων χρόνων. Όλα τα ρολόγια που έχουμε γύρω μας αποτελούνται από ύλη», επισημαίνει ο Kucha. Η συμβατική χρονομέτρηση, σε τελική ανάλυση, σημαίνει την επιλογή κάποιου υλικού μέσου, όπως ένα σύνολο σωματιδίων ή ενός ρευστού, και την επισήμανση των αλλαγών του. Αλλά με στυλό και χαρτί, ο Kucha μεταφέρει μαθηματικά τα ρολόγια της ύλης στον τομέα της κβαντικής βαρύτητας, όπου το βαρυτικό πεδίο είναι εξαιρετικά ισχυρό και αυτά τα πιθανοτικά κβαντομηχανικά φαινόμενα αρχίζουν να εμφανίζονται. Παίρνει χρόνο εκεί που δεν έχει πάει άλλο ρολόι.

Αλλά καθώς επιχειρείτε σε αυτόν τον τομέα, λέει ο Kucha, «η ύλη γίνεται όλο και πιο πυκνή». Και αυτή είναι η αχίλλειος πτέρνα για κάθε μορφή ύλης που επιλέγεται να είναι ρολόι κάτω από αυτές τις ακραίες συνθήκες. τελικά στριμώχνεται. Αυτό μπορεί να φαίνεται προφανές από την αρχή, αλλά ο Kucha πρέπει να εξετάσει ακριβώς πώς χαλάει το ρολόι, ώστε να κατανοήσει καλύτερα τη διαδικασία και να επινοήσει νέες μαθηματικές στρατηγικές για την κατασκευή του ιδανικού ρολογιού του.

Πιο ελπιδοφόρα ως κβαντικό ρολόι είναι η γεωμετρία του ίδιου του διαστήματος:παρακολούθηση της μεταβαλλόμενης καμπυλότητας του χωροχρόνου καθώς διαστέλλεται το βρεφικό σύμπαν ή σχηματίζεται μια μαύρη τρύπα. Ο Kucha υποθέτει ότι μια τέτοια ιδιότητα μπορεί να είναι ακόμα μετρήσιμη στις ακραίες συνθήκες της κβαντικής βαρύτητας. Το διαστελλόμενο σύμπαν προσφέρει το απλούστερο παράδειγμα αυτού του σχήματος. Φανταστείτε το μικροσκοπικό βρεφικό σύμπαν σαν ένα μπαλόνι που φουσκώνει. Αρχικά, η επιφάνειά του κάμπτεται απότομα γύρω. Αλλά καθώς το μπαλόνι φουσκώνει, η καμπυλότητα της επιφάνειάς του γίνεται όλο και πιο ρηχή. «Η μεταβαλλόμενη γεωμετρία», εξηγεί ο Kucha, «σας επιτρέπει να δείτε ότι βρίσκεστε σε μια χρονική στιγμή παρά στην άλλη». Με άλλα λόγια, μπορεί να λειτουργήσει ως ρολόι.

Δυστυχώς, κάθε τύπος ρολογιού που έχει ερευνήσει μέχρι τώρα ο Kucha οδηγεί σε μια διαφορετική κβαντική περιγραφή, σε διαφορετικές προβλέψεις της συμπεριφοράς του συστήματος. «Μπορείτε να διατυπώσετε την κβαντομηχανική σας σε σχέση με ένα ρολόι που τοποθετείτε στον χωροχρόνο και να λάβετε μία απάντηση», εξηγεί ο Kucha.

«Αλλά αν επιλέξετε έναν άλλο τύπο ρολογιού, ίσως έναν που βασίζεται σε ηλεκτρικό πεδίο, έχετε ένα εντελώς διαφορετικό αποτέλεσμα. Είναι δύσκολο να πούμε ποια από αυτές τις περιγραφές, αν υπάρχουν, είναι σωστή.”

Επιπλέον, το ρολόι που επιλέγεται δεν πρέπει τελικά να καταρρεύσει. Η κβαντική θεωρία προτείνει ότι υπάρχει ένα όριο στο πόσο καλά μπορείτε να κόψετε χώρο. Ο μικρότερος κβαντικός κόκκος του διαστήματος που μπορεί να φανταστεί κανείς έχει πλάτος 10 εκατοστά, το μήκος Planck, που πήρε το όνομά του από τον Max Planck, εφευρέτη του κβαντικού. Σε αυτή την απειροελάχιστη κλίμακα, ο χωροχρόνος καμβάς γίνεται ασταθής και μπερδεμένος, όπως τα λευκά καπάκια σε μια θυμωμένη θάλασσα. Ο χώρος και ο χρόνος ξεκολλάνε και αρχίζουν να κλείνουν το μάτι μέσα και έξω από την ύπαρξη σε έναν πιθανό αφρό. Ο χρόνος και ο χώρος, όπως τους ξέρουμε, δεν ορίζονται πλέον εύκολα. Αυτό είναι το σημείο στο οποίο η φυσική γίνεται άγνωστη και οι θεωρητικοί αρχίζουν να περπατούν σε ασταθές έδαφος. Όπως επισημαίνει ο φυσικός Paul Davies στο βιβλίο του About Time , «Πρέπει να φανταστείτε όλες τις πιθανές γεωμετρίες—όλους τους πιθανούς χωροχρόνους, τα διαστημικά στημόνια και τα χρονικά στημονιά—να αναμειγνύονται μαζί σε ένα είδος κοκτέιλ ή «αφρό».

Μόνο μια πλήρως ανεπτυγμένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας θα δείξει τι πραγματικά συμβαίνει σε αυτό το αφάνταστα μικρό επίπεδο χωροχρόνου. Ο Kucha εικάζει ότι κάποια ιδιότητα της γενικής σχετικότητας (ακόμη άγνωστη) δεν θα υποστεί κβαντικές διακυμάνσεις σε αυτό το σημείο. Κάτι μπορεί να κρατήσει και να μην ξεκολλήσει. Εάν αυτό είναι αλήθεια, μια τέτοια ιδιοκτησία θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως το αξιόπιστο ρολόι που αναζητούσε ο Kucha για τόσο καιρό. Και με αυτή την ελπίδα, ο Kucha συνεχίζει να εξερευνά, μία προς μία, τις ποικίλες δυνατότητες.

Ο Kucha έχει προσπαθήσει να διαμορφώσει τη γενική σχετικότητα στο στυλ της κβαντικής μηχανικής, για να βρει ένα ειδικό ρολόι για αυτήν. Αλλά κάποιοι άλλοι φυσικοί που προσπαθούν να κατανοήσουν την κβαντική βαρύτητα πιστεύουν ότι η αναθεώρηση θα πρέπει να συμβεί αντίστροφα - ότι η κβαντική βαρύτητα θα πρέπει να γίνει με την ομοιότητα της γενικής σχετικότητας, όπου ο χρόνος ωθείται στο παρασκήνιο. Ο Carlo Rovelli είναι υπέρμαχος αυτής της άποψης.

Ξέχνα τον χρόνο», δηλώνει με έμφαση ο Ροβέλι. «Ο χρόνος είναι απλώς ένα πειραματικό γεγονός». Ο Rovelli, ένας φυσικός στο Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής στη Γαλλία, εργάζεται πάνω σε μια προσέγγιση της κβαντικής βαρύτητας που είναι ουσιαστικά διαχρονική. Για να απλοποιήσουν τους υπολογισμούς, αυτός και οι συνεργάτες του, οι φυσικοί Abhay Ashtekar και Lee Smolin, δημιούργησαν έναν θεωρητικό χώρο χωρίς ρολόι. Με αυτόν τον τρόπο, μπόρεσαν να ξαναγράψουν τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, χρησιμοποιώντας ένα νέο σύνολο μεταβλητών, ώστε να μπορεί να ερμηνευθεί και να προσαρμοστεί πιο εύκολα για χρήση σε κβαντικό επίπεδο.

Η διατύπωσή τους επέτρεψε στους φυσικούς να διερευνήσουν πώς συμπεριφέρεται η βαρύτητα στην υποατομική κλίμακα με έναν νέο τρόπο. Είναι όμως αυτό πραγματικά δυνατό χωρίς καμία απολύτως αναφορά στον χρόνο; «Πρώτα με την ειδική σχετικότητα και μετά με τη γενική σχετικότητα, η κλασική μας αντίληψη για το χρόνο έχει γίνει όλο και πιο αδύναμη», απαντά ο Rovelli. «Σκεφτόμαστε με όρους χρόνου. Το χρειαζόμαστε. Αλλά το γεγονός ότι χρειαζόμαστε χρόνο για να πραγματοποιήσουμε τη σκέψη μας δεν σημαίνει ότι είναι πραγματικότητα.”

Ο Rovelli πιστεύει ότι εάν οι φυσικοί βρουν ποτέ έναν ενοποιημένο νόμο που συνδέει όλες τις δυνάμεις της φύσης κάτω από ένα λάβαρο, θα γραφτεί χωρίς καμία αναφορά στον χρόνο. «Στη συνέχεια, σε ορισμένες καταστάσεις», λέει ο Rovelli, «καθώς όταν το βαρυτικό πεδίο δεν είναι δραματικά ισχυρό, η πραγματικότητα οργανώνεται έτσι ώστε να αντιλαμβανόμαστε μια ροή που ονομάζουμε χρόνο».

Η απαλλαγή από τον χρόνο στους πιο θεμελιώδεις φυσικούς νόμους, λέει ο Rovelli, θα απαιτήσει πιθανώς ένα μεγάλο εννοιολογικό άλμα, το ίδιο είδος προσαρμογής που έπρεπε να κάνουν οι επιστήμονες του 16ου αιώνα όταν ο Κοπέρνικος τοποθέτησε τον ήλιο και όχι τη Γη στο κέντρο του το σύμπαν. Με αυτόν τον τρόπο, ο Πολωνός κληρικός έδιωξε αποτελεσματικά τη Γη σε κίνηση, παρόλο που τότε ήταν δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς η Γη μπορούσε να ζουμάρει σε τροχιά γύρω από τον ήλιο χωρίς οι επιβάτες της να πεταχτούν από την επιφάνεια. «Στη δεκαετία του 1500, οι άνθρωποι πίστευαν ότι μια κινούμενη γη ήταν αδύνατη», σημειώνει ο Rovelli.

Ίσως όμως οι αληθινοί κανόνες να είναι διαχρονικοί, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που εφαρμόζονται στον υποατομικό κόσμο. Πράγματι, έχει ξεκινήσει μια κίνηση για να ξαναγράψουμε τους νόμους της κβαντικής μηχανικής, μια ανακαίνιση που υποκινήθηκε εν μέρει από το πρόβλημα του χρόνου, μεταξύ άλλων κβαντικών γρίφων. Ως μέρος αυτού του προγράμματος, οι θεωρητικοί έχουν αναδιατυπώσει τις πιο βασικές εξισώσεις της κβαντικής μηχανικής για να αφαιρέσουν κάθε άμεση αναφορά στο χρόνο.

Οι ρίζες αυτής της προσέγγισης μπορούν να εντοπιστούν σε μια διαδικασία που εισήγαγε ο φυσικός Richard Feynman τη δεκαετία του 1940, μια μέθοδος που επεκτάθηκε και διευρύνθηκε από άλλους, όπως ο James Hartle του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα και ο βραβευμένος με Νόμπελ φυσικής Murray Gell- Mann.

Βασικά, είναι ένας νέος τρόπος να δούμε την εξίσωση του Schrödinger. Όπως είχε αρχικά ρυθμιστεί, αυτή η εξίσωση επιτρέπει στους φυσικούς να υπολογίσουν την πιθανότητα ενός σωματιδίου να κινείται απευθείας από το σημείο Α στο σημείο Β σε συγκεκριμένες χρονικές τομές. Η εναλλακτική προσέγγιση που εισήγαγε ο Feynman αντ' αυτού θεωρεί τον άπειρο αριθμό μονοπατιών που θα μπορούσε να ακολουθήσει το σωματίδιο για να φτάσει από το Α στο Β, ανεξάρτητα από το πόσο μικρή είναι η πιθανότητα. Ο χρόνος αφαιρείται ως παράγοντας. μόνο τα πιθανά μονοπάτια είναι σημαντικά. Συνοψίζοντας αυτές τις δυνατότητες (ορισμένες διαδρομές είναι πιο πιθανές από άλλες, ανάλογα με τις αρχικές συνθήκες), στο τέλος προκύπτει μια συγκεκριμένη διαδρομή.

Η διαδικασία μερικές φορές συγκρίνεται με παρεμβολή μεταξύ κυμάτων. Όταν δύο κύματα στον ωκεανό συνδυάζονται, μπορεί να ενισχύουν το ένα το άλλο (που οδηγεί σε ένα νέο και μεγαλύτερο κύμα) ή να ακυρώνουν το ένα το άλλο εντελώς. Ομοίως, μπορεί να σκεφτείτε ότι αυτά τα πολλά πιθανά μονοπάτια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους—κάποια βελτιώνονται, άλλα καταστρέφονται—για να δημιουργήσουν το τελικό μονοπάτι. Το πιο σημαντικό, η μεταβλητή του χρόνου δεν μπαίνει πλέον στους υπολογισμούς.

Ο Χάρτλ προσαρμόζει αυτή την τεχνική στις επιδιώξεις του στην κβαντική κοσμολογία, μια προσπάθεια στην οποία οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής εφαρμόζονται στο νεαρό σύμπαν για να διακρίνουν την εξέλιξή του. Αντί να ασχολείται με μεμονωμένα σωματίδια, όμως, εργάζεται με όλες τις διαμορφώσεις που θα μπορούσαν ενδεχομένως να περιγράψουν έναν εξελισσόμενο σύμπαν, μια άπειρη σειρά από πιθανά σύμπαντα. Όταν συνοψίζει αυτές τις ποικίλες διαμορφώσεις -κάποιες αλληλοενισχύονται, άλλες αλληλοακυρώνονται- τελικά αναδύεται ένας συγκεκριμένος χωροχρόνος. Με αυτόν τον τρόπο, ο Hartle ελπίζει να αποκτήσει ενδείξεις για τη συμπεριφορά του σύμπαντος κατά την εποχή της κβαντικής βαρύτητας. Βολικά, δεν χρειάζεται να επιλέξει ένα ειδικό ρολόι για να εκτελέσει τη φυσική:Ο χρόνος εξαφανίζεται ως βασική μεταβλητή.

Φυσικά, όπως επισημαίνει ο Isham, «έχοντας απαλλαγεί από τον χρόνο, είμαστε υποχρεωμένοι να εξηγήσουμε πώς επιστρέφουμε στον συνηθισμένο κόσμο, όπου ο χρόνος μας περιβάλλει». Οι θεωρητικοί της κβαντικής βαρύτητας έχουν τις προαισθήσεις τους. Όπως ο Ροβέλι, πολλοί υποψιάζονται ότι ο χρόνος δεν είναι καθόλου θεμελιώδης. Αυτό το θέμα αντηχεί ξανά και ξανά στις διάφορες προσεγγίσεις που στοχεύουν στην επίλυση του προβλήματος του χρόνου. Ο χρόνος, λένε, μπορεί να μοιάζει περισσότερο με μια φυσική ιδιότητα όπως η θερμοκρασία ή η πίεση. Η πίεση δεν έχει νόημα όταν μιλάς για ένα σωματίδιο ή ένα άτομο. η έννοια της πίεσης προκύπτει μόνο όταν λάβουμε υπόψη τρισεκατομμύρια άτομα. Η έννοια του χρόνου θα μπορούσε κάλλιστα να συμμερίζεται αυτό το στατιστικό χαρακτηριστικό. Αν ναι, τότε η πραγματικότητα θα έμοιαζε με πίνακα πουαντιλιστών. Στη μικρότερη κλίμακα —το μήκος του Planck— ο χρόνος δεν θα είχε κανένα νόημα, όπως ακριβώς ένας πίνακας πουντιλιστών, κατασκευασμένος από επιχρίσματα μπογιάς, δεν μπορεί να κατανοηθεί από κοντά.

Στους θεωρητικούς της κβαντικής βαρύτητας αρέσει να συγκρίνονται με τους αρχαιολόγους. Κάθε ερευνητής σκάβει σε διαφορετική τοποθεσία, βρίσκοντας ένα ξεχωριστό τεχνούργημα κάποιας τεράστιας υπόγειας πόλης. Η πλήρης έκταση του ευρήματος δεν έχει γίνει ακόμη αντιληπτή. Αυτό που χρειάζονται απεγνωσμένα οι θεωρητικοί είναι δεδομένα, πειραματικά στοιχεία που θα μπορούσαν να τους βοηθήσουν να αποφασίσουν μεταξύ των διαφορετικών προσεγγίσεων.

Φαίνεται ένα αδύνατο έργο, κάτι που φαίνεται να απαιτεί την αναδημιουργία των κολασμένων συνθηκών της Μεγάλης Έκρηξης. Όχι όμως απαραίτητα. Για παράδειγμα, οι μελλοντικές γενιές «τηλεσκοπίων κυμάτων βαρύτητας», όργανα που ανιχνεύουν κυματισμούς στο λαστιχένιο στρώμα του χωροχρόνου, θα μπορούσαν κάποια μέρα να αισθανθούν την αντηχητική βροντή της Μεγάλης Έκρηξης, λείψανα από τη στιγμή της δημιουργίας όταν εμφανίστηκε για πρώτη φορά η δύναμη της βαρύτητας. Τέτοια κύματα θα μπορούσαν να παρέχουν ζωτικές ενδείξεις για τη φύση του χώρου και του χρόνου.

«Δεν θα πιστεύαμε μόλις πριν από [δεκαετίες] ότι θα ήταν δυνατό να πούμε τι συνέβη στα πρώτα 10 λεπτά του Big Bang», επισημαίνει ο Kucha. «Αλλά μπορούμε τώρα να το κάνουμε αυτό εξετάζοντας την αφθονία των στοιχείων. Ίσως αν κατανοήσουμε αρκετά καλά τη φυσική στην κλίμακα Planck, θα μπορέσουμε να ψάξουμε για ορισμένες συνέπειες - υπολείμματα - που είναι παρατηρήσιμα σήμερα». Εάν βρεθούν, τέτοια στοιχεία θα μας έφερναν όσο το δυνατόν πιο κοντά στην προέλευσή μας και πιθανώς θα μας επέτρεπαν να αντιληφθούμε επιτέλους πώς ο χώρος και ο χρόνος προέκυψαν από το τίποτα πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η Marcia Bartusiak είναι συγγραφέας, δημοσιογράφος και καθηγήτρια του μεταπτυχιακού προγράμματος στη συγγραφή επιστημών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Γράφει για την αστρονομία και τη φυσική.

Απόσπασμα από Αποστολές από το Planet 3:Thirty-Two (Brief) Tales on the Solar System, the Milky Way, and Beyond από τη Marcia Bartusiak, νέα από το Yale University Press. Πνευματικά δικαιώματα © 2018 από τη Marcia Bartusiak.

Πίστωση εικόνας δυνητικού πελάτη:viki2win / Shutterstock.