Timpul și relativitatea / Constantin D. Florea

Omenirea s-a confruntat dintotdeauna cu problemele legate de timp, de durată, de succesiune sau simultaneitate a evenimentelor, dar, în afară de definiția operativă a lui Newton, nici până în prezent, filosofii și oamenii de știință nu au reușit să se pună de acord în privința proprietăților acestei dimensiuni care ne însoțește existența de la naștere la moarte. Sfântul Augustin de Hipona, unul dintre cei patru mari părinţi ai bisericii catolice, spunea că timpul este o însuşire a Universului creat de Dumnezeu şi făcea următoarea observaţie: „Trecutul nu mai este, viitorul nu este încă, iar prezentul este o limită fără dimensiuni, situată între ele. În aceste condiţii unde este timpul? Ajută-mă Doamne să înţeleg!”

Filosoful german, Georg Friederich Wilhelm Hegel, definea timpul ca fiind „forma a ceea ce este negativ în sine însuşi, a fiinţării succesive, a naşterii şi a dispariţiei, astfel că el este, întrucât el nu este şi nu este, întrucât este.” Iar Immanuel Kant spunea despre timp că „este condiţia subiectivă a intuiţiei noastre şi, în afara subiectului, el nu este nimic. Cu toate acestea, în raport cu lucrurile de care luăm cunoştinţă prin experienţă, timpul este în mod necesar obiectiv.”

Timpul fizicii clasice, se caracterizează prin unica sa dimensiune, lungimea, pe direcția căreia se scurge într-o singură direcție, spre viitor. La nivelul microuniversului, însă, timpul ar putea fi reversibil, dacă proprietățile particulelor cuantice au fost corect calculate. Tahionii, de exemplu, se pot mişca cu viteze superluminice, care ar face timpul să curgă… înapoi!

Isaac Newton, socotit unul dintre fondatorii fizicii moderne, în Principiile matematice al filosofiei naturale, apărută în anul 1687, pretindea că dă o definiţie clară şi concisă a timpului: „Timpul absolut, adevărat şi matematic, în sine şi după natura sa, curge în mod egal fără nici o legătură cu ceva extern şi cu alt nume se cheamă şi durată”. Nici că se putea da o definiţie mai lipsită de substanţă, care face abstracție de discontinuitatea materiei și a mișcării în Univers!

Marele fizician al secolului XX, Albert Einstein s-a ferit de a cădea în capcana definirii timpului, însă a arătat că timpul nu este deloc atât de previzibil şi stabil, aşa cum îl cunoaştem şi cum îl percepem cu  simţurile noastre. „În calitate de fiinţe umane, dotate cu raţiune, ne-am adaptat timpului sub cele trei forme ale sale: trecut, prezent şi viitor, stabilindu-ne programul vieţii în funcţie de timpul pe care îl cunoaştem, noi cei care trăim în spaţiul tridimensional. În acest fel întreaga noastră viaţă este guvernată de timp, această mărime de ordin scalar care se desfăşoară şi curge într-o singură direcţie, spre viitor.”

Fizica clasică a convenit, deci, doar că timpul ar fi a patra dimensiune a continuumului spațio-temporal al Universului, dat împreună cu mișcarea. Tot ea postulează că timpul nu ar fi altceva decât cea de a patra dimensiunea a spaţiului euclidian, celelalte trei fiind: sus-jos, stânga-dreapta şi înainte-înapoi, în care au loc totalitatea evenimentelor din Universul observabil. În felul acesta, fiecare eveniment petrecut în Universul observabil are un punct unic pe axa timpului şi propriile coordonate spaţiale care le individualizează, dându-le o identitate singulară. În plus, este omogen, adică se scurge în mod permanent la fel de repede în orice punct al universului şi nu este înfluenţat de obiectele sau fenomenele care au loc în jur, de viteza lor, şi nici de existenţa spaţiului sau a materiei conţinute de acesta.

Durata de timp scursă între două evenimente poate fi definită şi măsurată pe baza unei mişcări uniforme, aşa cum ar fi: deplasarea luminii între două oglinzi paralele, rotaţia Pământului în jurul propriei sale axe, sau în jurul Soarelui, ori având la bază un element repetitiv, aşa cum ar fi oscilaţia unui pendul gravitaţional sau a unui electron pe orbita sa atomică.

Acest lucru, adică măsurarea timpului nu este însă valabil decât pentru un anumit punct din spaţiu în care este plasat respectivul instrument de măsură. Pentru alte puncte, situate în sisteme inerţiale de referinţă diferite, este necesară definirea noţiunii de simultaneitate, adică acele reguli ale fizicii clasice prin care două evenimente nelegate prin cauză sau efect, au loc în acelaşi timp. Aceasta, deoarece potrivit fizicii relativiste, două evenimente care sunt simultane într-un sistem de referinţă, nu pot fi simultane în sisteme de referinţă diferite. Acest lucru este valabil deoarece încă de la Galileo Galilei s-a convenit că nu există sisteme inerţiale preferenţiale, adică siteme inerţiale absolut fixe. Experimentul Michelson-Morely a demonstrat în mod cât se poate de clar acest lucru, înlăturând pentru totdeauna din fizică eterul, despre care se credea că este sistemul inerţial optim, pentru  toate celelalte sisteme inerţiale ale Universului.

În mecanica relativistă însă simultaneitatea, durata şi ordinea cronologică a evenimentelor depind de sistemul inerţial de referinţă în care se află observatorul şi mijloacele lui de măsurare a duratelor. În acest caz, fiecărui eveniment îi corespunde un punct pe axa timpului. Pentru a da o valoare acestui punct trebuie însă să fixăm o origine a timpului, T0, şi apoi să măsurăm distanţa de la origine la punctul în care s-a petrecut evenimentul. În atare situaţie atât simultaneitatea, cât şi duratele şi ordinea cronologică, se păstrează doar între anumite limite, în care transformările Lorentz stabilesc relaţia dintre duratele fenomenelor, aşa cum sunt ele percepute de observatori aflaţi în sisteme inerţiale diferite şi care, în conformitate cu teoria relativităţii, se mişcă cu viteze diferite.

Conform fizicii relativiste, formula timpului în transformările fizicianului olandez Antoon Hendrik Lorentz, se prezintă în următorul fel:

Δ t = Δ t’/ √1- v2/c2 , în care  Δ t este timpul unui eveniment petrecut într-un anumit sistem inerţial de referinţă, Δ t’ este timpul în alt sistem inerţial, care se mişcă faţă de primul cu viteza = v, iar c = viteza luminii în vid. Din formula de mai sus, se poate observa cu uşurinţă că în cazul în care v tinde spre viteza luminii, Δ t tinde spre zero.

În acest fel, fiecărui eveniment i se poate asocia:

– un con de lumină constituit din punctele aflate în spaţiu, la distanţă mai mică sau egală cu timpul scurs de la acel eveniment la acel punct de pe axa timpului înmulţit cu viteza luminii în vid, adică mulţimea de puncte în care poate ajunge lumina emisă în punctul din spaţiul-timp corespunzător evenimentului, sau mai târziu;

– un con de lumină trecut, constituit din punctele aflate la distanţă mai mică sau egală cu timpul scurs de la evenimentulconsiderat, înmulţit cu viteza luminii în vid.

În acest fel conurile de lumină trecut şi viitor sunt riguros independente de observator. Există cel puţin trei lucruri care definesc scurgerea timpului şi sensul său de curgere:

– sensul termodinamic, în virtutea căruia odată cu trecerea timpului creşte şi entropia;

– sensul psihologic, determinat de faptul că avem amintiri din trecut, dar nu şi din viitor;

– sensul cosmologic, prin care realizăm că Universul este în expansiune.

Dar timpul ne rezervă şi alte surprize, unele dintre ele de mari proporţii. Noi oamenii trăim într-un univers în care, cu simţurile noastre, percepem trei dimensiuni: lungimea, lăţimea şi înălţimea, adică aşa zisul spaţiu tridimensional. Pentru noi, există în mod practic, o singură categorie a timpului: prezentul, pentru că trecutul a fost şi nu mai există, evenimentele petrecute fiind însă păstrate, mai mult sau mai puţin, în memorie, viitorul fiind deasemenea inexistent, deoarece nu a sosit încă. Timpul perceput de noi este muchea subţire, inifinitezimală a prezentului situată între trecut, care tinde spre minus infinit şi viitor care tinde spre plus infinit.

Pot exista şi alte locuri din Univers, în care timpul şi segmentele sale să fie percepute în mod diferit. Ar putea – teoretic – locuri unde ar putea fi perceput numai trecutul, sau numai  viitorul, iar în altele să fie posibilă perecepția simultană a celor trei aspecte alte timpului: trecut, prezent, viitor!

Fizicienii au „identificat”, pe cale deductivă, de altfel astfel de locuri , fiind vorba de orizontul evenimentelor existent la limita „razei Schwartzschild” a unei găuri negre. S-a presupus astfel, că pentru un observator aflat la oarecare distanţă de gaura neagră timpul se scurge din ce în ce mai încet pe măsură ce observatorul se apropie de gaura neagră, astfel că la limita razei Schwartzschild, atunci când observatorul se află chiar în punctul de tangenţă cu orizontul evenimentelor, timpul a încremenit, este etern, existând în mod paradoxal, împotriva tuturor legilor fizice cunocute, în acelaşi timp atât trecutul, cât şi prezentul şi viitorul.

Din acest motiv, toate procesele legate de funcţionarea găurii negre devin statice, legile normale ale fizicii nu mai funcţionează, şi se pare că dimensiunile spaţiale se transformă în dimensiuni temporale şi invers, în urma unui proces cauzat de imensa forţă gravitaţională existentă în acel loc, forţă ce tinde spre infinit şi care curbează spaţiul într-o înfăşurare matematică de natură punctiformă, adică de volum egal cu zero, dar de masă şi densitate infinită, unde timpul încetează de a mai curge în mod normal. Astronomii de ultimă generaţie, dar şi fizicienii, consideră că găurile negre ar avea în centrul lor o asemenea singularitate, unde legile fizicii clasice nu mai au nici un fel de aplicaţie, locurile respective fiind guvernate de cu totul alte legi, în momentul de faţă necunoscute pentru noi.

 

O altă întrebare care se pune în legătură cu timpul este următoarea: A existat timpul dintotdeauna, sau a existat un moment incipient, în care t = 0 ?

Logica ne permite o analiză pertinentă asupra acestei întrebări, care poate avea două răspunsuri. În cazul în care, la începuturile Universului un asemenea moment t=0 a existat, se poate presupune că timpul este o componentă intrinsecă, o însuşire a sa, având o durată finită, nefiind prin urmare etern, contrar concepţiilor noastre cu privire la timp şi eternitatea sa. Că a existat un asemenea moment este o ipoteză agreată de toţi cercetătorii adepţi ai teoriei Big Bangului, în legătură cu naşterea Universului.

În cazul în care nu a existat în trecut un asemenea moment t = 0, rezultă logic faptul că timpul este cu totul altceva decât ceea ce intuim, că este etern, situat undeva „deasupra” Universului, în afara lui, independent de toate celelalte categorii  sau componente fizice sau filosofice ale Universului, materie, spaţiu şi mişcare.

Articolul precedent
Steven Weinberg şi spiritul bun al ştiinţei / Doru Căstăian
Articolul următor
Dimensiuni filosofice și etice ale conceptului de informație / Acsinte Dobre

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Fill out this field
Fill out this field
Te rog introdu o adresă email validă.
You need to agree with the terms to proceed

Meniu