Föreställ dig att tiden rinner bakåt. Människor kommer att bli yngre, inte äldre, och efter en lång livslängd med gradvis föryngring - glömmer allt de vet - dör de som spädbarn. Vi observerade en liknande tid som hjälten till romanen av Francis Fitzgerald "The Mysterious Story of Benjamin Button". Men överraskande är tidsriktningen också ett problem som kosmologer står inför.
Så varför går tiden alltid framåt? Kommer det alltid att vara så?
Har tiden en början?
Varje universellt tidsbegrepp måste i slutändan baseras på utvecklingen av själva kosmos. När du tittar på universum ser du händelser som hände i det förflutna - det tar tid för ljuset från stjärnorna når oss. I själva verket kan till och med den enklaste observationen hjälpa oss att förstå kosmologisk tid: till exempel det faktum att natthimlen är mörk. Om universum hade ett oändligt förflutna och var oändligt i omfattning, skulle natthimlen vara helt ljus - fylld med ljuset från ett oändligt antal stjärnor i rymden, som alltid har funnits.
Under en lång tid trodde forskare, inklusive Albert Einstein, att universum var statiskt och oändligt. Observationer sedan dess har visat att det faktiskt expanderar och accelererar. Detta betyder att det måste komma från ett mer kompakt tillstånd, som vi kallar Big Bang, vilket antyder att tiden har en början. I själva verket, om vi letar efter tillräckligt ljust, kan vi till och med se reliktstrålningen från Big Bang - den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Denna insikt var det första steget i att bestämma universums ålder.
Men det finns en fångst, Einsteins speciella relativitetsteori visar att tiden är relativ: ju snabbare du rör dig relativt din vän, desto långsammare tid kommer att vara för dig relativt hans uppfattning om tid. Således, i vårt universum av expanderande galaxer, roterande stjärnor och roterande planeter, förändras tidens upplevelse: alla förflutna, nutid och framtid är relativa.
Finns det en universell tid?
Kampanjvideo:
Det visar sig att eftersom universum i genomsnitt är lika överallt och i genomsnitt ser lika ut i alla riktningar finns det "kosmisk tid." För att mäta det behöver vi bara mäta egenskaperna hos den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Kosmologer har använt detta för att bestämma universumets ålder; hans rymdålder. Det visar sig att universum är 13.799 miljarder år gammalt.
Arrow of time
Så vi vet att tiden troligen började under Big Bang. Men en fråga återstår: vad är tiden?
För att hitta svaret måste vi titta på de grundläggande egenskaperna för rum och tid. I dimensionen av rymden kan du flytta fram och tillbaka; passagerare upplever detta varje dag. Men tiden är annorlunda, den har en riktning, du går alltid framåt och inte tvärtom. Så varför är mätningen av tid irreversibel? Detta är ett av de största olösta problemen inom fysik.
För att förklara varför själva tiden är irreversibel måste vi hitta processer i naturen som också är irreversibla. Ett av få sådana begrepp inom fysik (och livet!) Är att saker blir mindre "snygga" med tiden. Vi beskriver detta med hjälp av en fysisk egenskap som kallas entropi, som står för något beställt.
Föreställ dig en låda med gas där alla partiklar ursprungligen placerades i ett hörn (ett ordnat tillstånd). Med tiden tenderar de naturligtvis att fylla hela rutan (ostört tillstånd), och det tar energi att återlämna partiklarna till ett ordnat tillstånd. Det är irreversibelt. Det är som att bryta ett ägg för att göra en omelett - när det först bryts ned och fyller pannan återgår det aldrig till äggformen. Det är samma sak med universumet: när det utvecklas ökar den totala entropin.
Det visar sig att entropi är ett ganska bra sätt att förklara tidens pil. Och medan universum kan tyckas bli ordnare, inte mindre - flytta från ett vildt hav med relativt jämnt fördelad varm gas i sina tidiga stadier till stjärnor, planeter, människor och artiklar i tid - är det fortfarande möjligt att det växer i oordning. Detta beror på att tyngdkraften, förknippade med stora massor, kan dra materia till till synes ordnade tillstånd - med den ökande oordning som vi anser borde ha ägt rum är på något sätt gömd i gravitationsfält. Så störningen kan växa även om vi inte ser den.
Men med tanke på naturens tendens att gynna störningar, varför började universum i ett så ordnat tillstånd? Detta betraktas fortfarande som ett mysterium. Vissa forskare hävdar att Big Bang kanske inte ens har varit början, i själva verket kan det finnas”parallella universum” där tiden flyter i olika riktningar.
Kommer tiden att ta slut?
Tiden hade en början, men huruvida den kommer att få ett slut beror på arten av den mörka energin som får den att expandera med en accelererande hastighet. Hastigheten för denna expansion kan så småningom riva universumet isär och tvinga den att sluta i Great Rip; alternativt kan mörk energi förfalla, vända Big Bang och avsluta universum i en Big Compression; eller universum kanske bara expanderar för evigt.
Men kommer någon av dessa framtidsscenarier att sluta i tid? Enligt kvantmekanikens konstiga regler kan små slumpmässiga partiklar tillfälligt falla ut ur vakuumet - något som konstant observeras i partikelfysikförsök. Vissa hävdar att mörk energi kan orsaka sådana "kvantfluktuationer", skapa en ny Big Bang, avsluta vår tidslinje och starta en ny. Även om detta är extremt spekulativt och mycket osannolikt, vet vi att bara när vi förstår mörk energi kommer vi att känna universumets öde.
Så vad är det mest troliga resultatet? Tiden får avgöra.
