Szerző: Fébert Fanni Adina
Az idő története úgy kezdődik, mint a tündérmesék: egyszer volt, hol nem volt… Azaz mégsem egészen. A pontosabb megfogalmazás valahogy úgy szólna, hogy egyszer nem volt és hol sem volt. Mert hiszen valamikor réges-régen még nem létezett sem idő, sem tér. (Ha valaki ezt az állapotot el tudja képzelni, kérjük jelentkezzen a „Szerzőnél” hogyacsudábancsinálja jeligére.) A történet folytatását nem kell részleteznünk (de ha kéne, akkor sem fogjuk), a Kedves Olvasó valószínűleg már úgyis untig ismeri – vagy ha mégsem, legalábbis hallott a kezdetben végtelenül kicsi pontba sűrűsödött mindenről és a Nagy Bummról, más néven ősrobbanásról, melynek köszönhetően abból a végtelenül kicsi pontból megszületett az egyre táguló világegyetem és vele a téridő. Ez a tudásalap számunkra most tökéletesen elegendő lesz.
Megszületett tehát a tér és az idő.
E kettő szoros összefüggése kezdetben nem volt köztudott. Az Isaac Newton által ismertté tett, széles körben elfogadott álláspont szerint a teret háromdimenziósnak képzelték el, az időt pedig úgy, hogy az mindenhol, mindenki számára ugyanúgy telik. Ezt az elképzelést Albert Einstein cáfolta meg. Felfedezte, hogy az idő különböző ütemben múlhat. Mégpedig úgy, hogy minden egyénnek saját időmércéje van attól függően, hogy hol tartózkodik és hogyan mozog.
A térbeli mozgás és az idő múlása közti összefüggés alapja leegyszerűsítve nagyjából annyit jelent, hogy „minél több van az egyikből, annál kevesebb a másikból.” Tegyük fel például, hogy egy kocsiban ülünk, mely 100 km/h-s sebességgel észak felé halad. Az autó teljes mozgása észak felé irányul. Ha azonban letérünk erről az útról egy másik, mondjuk észak-nyugat felé tartó útra, akkor, bár a sebességünk nem változik, már nem haladunk annyira észak felé, mint az előbb. Ennek az az oka, hogy az északi mozgásunk egy részét áttettük észak-nyugatiba, vagyis megosztottuk az északi mozgásunkat egy nyugatival.
Einstein felfedezése szerint a tér és az idő között hasonló kapcsolat áll fenn, mint az északi és nyugati irány között. Vagyis, ha a térben mozdulatlanul állunk, akkor a teljes mozgásunk időbeli. Ha azonban mozgunk a térben, akkor a mozgásunk egy része az időből áttevődik térbeli mozgásba, vagyis az időbeli mozgásunk lelassul: egy külső, térben mozdulatlan megfigyelőhöz képest számunkra lassabban telik az idő, ugyanúgy, ahogy az iménti autós példában csökkent az észak felé való haladásunk.
Ezt a jelenséget itt a Földön alig észleljük, hiszen azok a kis sebességek, melyekkel mozgunk, csak nagyon kevéssé befolyásolják az idő múlását. Egészen más lenne azonban a helyzet, ha szert tudnánk tenni például egy közel fénysebességgel mozgó űrhajóra. Ha egy ikerpár egyik tagját elvinnénk ezzel az űrhajóval egy kis kozmikus kiruccanásra, míg a másikat a Földön hagynánk, akkor az ikerpár azon tagja, aki az űrhajón volt, visszatérve sokkal fiatalabb lenne, mint a testvére, hiszen számára az utazás alatt lassabban telt volna az idő. Ezt a jelenséget nevezzük ikerparadoxonnak.
Einstein azt is megállapította, hogy a téridő, ahogy a tér és az idő szoros kapcsolatából következő négydimenziós struktúrát nevezzük – a korábbi feltevésekkel szemben – nem lapos, hanem a benne eloszló tömegek és energia miatt meggörbül. Többek között ennek köszönhető az is, hogy az égitestek körpályán mozognak: mozgásuk ugyanis a görbült térben egyenesnek felel meg. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás pedig, ahogy azt Newton I. törvényéből tudjuk, a testek egyik alapállapota.
A térben való mozgás tehát megváltoztatja a tér és az idő görbületét, fordítva pedig a téridő szerkezete befolyásolja a testek mozgását és az erők hatását. S mivel a tér és az idő egyszerre befolyásoló és befolyásolt tényező, a világegyetem eseményeit nem értelmezhetjük a tér és az idő nélkül, viszont az időt és a teret sem értelmezhetjük az univerzum nélkül, annak határain túl.
Einstein ezen megfigyeléseit az általános relativitáselméletben fogalmazta meg. S ugyanitt írta le azt is, hogy az idő a hatalmas tömegek közelében lassabban telik. Ezt ma már minden másodpercben bizonyítják a Föld körül keringő műholdak atomórái: ezek az amúgy nagyon pontos műszerek, az általános relativitáselmélettel teljes összhangban gyorsabban járnak, mint azok az órák, melyek közelebb vannak a Földhöz. Emiatt a műholdak óráit folyamatosan össze kell hangolni a földi órákkal.
Einstein felfedezése egyenes úton vezetett ahhoz a gondolathoz, miszerint a múlt, jelen és jövő elkülönülése valójában csak illúzió.
A mindennapi életünkben az időt egy hömpölygő folyamnak érzékeljük. Sokkal könnyebben megértenénk azonban a mibenlétét, ha az időt pillanatképek sorozatának tekintenénk. Olyasféleképpen, mint egy filmszalag.
Kurt Vonnegut, amerikai író Az ötösszámú vágóhíd c. regényének kitalált alakjai az általa tralfamadoriaknak nevezett lények. Ennek a fajnak különlegessége, hogy egyedei a világegyetemet négy dimenzióban érzékelik. Vagyis, amikor egy tralfamadori találkozik egy emberrel, akkor egyszerre látja őt csecsemőként megszületni, élete virágában tevékenykedni és meghalni. Szemléletük szerint így valójában minden élőlény halhatatlan, hiszen amikor meghal, akkor valójában azzal párhuzamosan a múltban él.
Az idő megértéséhez kicsit lényegüljünk át tralfamadorivá, és képzeljük el egymás mögé illesztve a világegyetem összes pillanatképét. Ha az univerzumban lévő összes pillanatképet egymás mögé tennénk, akkor egyszerre látnánk mindent, ami valaha is bekövetkezett vagy történni fog. Így megjelenik a tér minden pontja és az idő minden pillanata. Ezeknek a pillanatoknak az egységét elképzelhetjük úgy, mint egy nagy kenyeret: ha ezt a kenyeret felszeleteljük, az azonos szeletek mentén helyezkednek el az egyazon időben, de a világ különböző pontjain bekövetkezett események. Azonban, ahogy egy kenyeret is többféleképpen szeletelhetünk fel, úgy az idő is többféleképpen bontható különböző szeletekre. Ennek oka pedig az idő és a mozgás befolyásoló kapcsolata: a térben mozgó személy szeletei más szögben helyezkednek el a térben mozdulatlan személy szeleteihez képest. Vagyis képszerűen fogalmazva, a mozgó személy a téridő-kenyér szeletelése közben ferdén tartja a kést.
Ennek a jelenségnek igen különös következményei lehetnek. Vegyünk például egy földi embert és egy tralfamadori lényt mondjuk a Földtől több milliárd fényévnyire lévő másik galaxisban. Ha mindketten mozdulatlanok, akkor a téridő-kenyérszeleteik megegyeznek. Ha azonban, tegyük fel, a tralfamadori felpattan egy járműre és még jobban távolodni kezd a Földtől (azaz térbeli mozgásba kezd) akkor számára az idő lelassul, vagyis a téridő-kenyérszelete ferdén eltolódik a múlt felé. Igaz ugyan, hogy ha a mozgása nem túl gyors, akkor ez az eltolódás sem nagy mértékű, de ilyen nagy távolságban éppen a ferdesége miatt ez már azt eredményezheti, hogy az ő szelete egyáltalán nem fog találkozni a Földön lévő emberével, nemhogy a mostban, de még a földi ember egész életében sem. Hiszen az a pont, ahol a tralfamadori szelete metszi azt a térbeli helyet, ahol a földi ember él, időben jóval ennek az embernek a megszületése előtt lesz. Ezt a pontot tehát az ember a távoli múltként érzékeli, ahol akár a több száz évvel ezelőtti események történtek, a tralfamadori számára azonban a pont a jelenben van.
Mindez éppen fordítva történik, ha a tralfamadori a járművével az ellenkező irányba, vagyis a Föld felé indul el. Ekkor az ő téridő-kenyérszelete a jövő irányába tolódik el ferdén, vagyis a térben a földi emberrel azonos pontra jóval később, az ember halála után érkezik majd meg, pedig azt ő még mindig a jelennek érzékeli.
Az időnek van egy másik olyan tulajdonsága is, melyet a valósághoz képest másképp érzékelünk. Ez pedig az ún. időnyila, vagyis az az érzet, hogy az idő mindig a múltból a jelen felé halad, s így események nem történhetnek meg visszafelé. De valóban igaz ez? Nos, a fizikai törvények szerint nem.
A fizika törvényeit matematikai egyenletekkel írjuk le, melyekben nem szerepel az időnyila: ugyanúgy érvényesek lennének visszafelé is. Példaként nézzünk meg egy egyszerű esetet:
Tegyük fel, hogy a macskánk lever a polcról egy vízzel teli üvegvázát. Az, hogy ennek következtében mi fog történni, a Kedves Olvasó számára is bizonyára egyértelmű – a váza ripityára törik a padlón, és minden tele lesz vízzel és üvegszilánkokkal. Az, hogy ez a romhalmaz újra összeálljon a vízzel teli üvegvázává a polcon, látszólag reménytelenül abszurdnak tűnik. Ám a fizikai törvények alapján mindehhez nem kellene mást tennünk, mint mindennek ellentétes irányúra fordítani a sebességét. Minden egyes üvegszilánknak, minden csepp víznek, a polcnak és a levegő összes részecskéjének. Ekkor pedig a következő történne: az üvegszilánkok újra összeállnának vázává, mely összegyűjtené és magába zárná a vízcseppeket. A teli váza felrepülne a polcra, ahol a macskánk, mikor a váza hozzáérne, kitérne annak útjából.
Ezen a képen persze mulatunk, hiszen soha nem tapasztalunk ilyesmit. De vajon miért, ha a fizika törvényei alapján lehetséges lenne? A dolog kulcsa az entrópia.
Az entrópia a rendetlenség és a véletlenszerűség mértéke. Nagyon fontos fogalom, hiszen a világban minden hajlamos a rendtől a rendezetlenség felé haladni. Ennek megértéséhez az entrópiát elképzelhetjük úgy, mint egy másfél éves kisgyereket, aki felügyelet nélkül beszabadul egy szép, rendben tartott nappaliba. Egy olyan nappaliba, ahol minden berendezési tárgynak megvan a maga helye. Minél tovább lesz a nappaliban a kisgyerek, odabent annál nagyobb lesz a rendetlenség. Ugyanúgy, ahogy a világban is az idő múlásával egyre nő az entrópia. S hogy miért? A kíváncsi kisgyerek a nappali berendezési tárgyait különbözőféle módokon rendezi. A rendezési módokra számtalan lehetőség van. Ám ezek közül csak egy esetben lesz minden tárgy a maga helyén, vagyis rendezetten. Így matematikailag könnyedén belátható: annak, hogy a kisgyerek rendezetten helyezi el a nappali berendezési tárgyait, sokkal kisebb a valószínűsége, mint annak, hogy kupit csinál.
Az entrópia matematikai megfogalmazásával Ludwig Boltzman, a XIX. században élt osztrák fizikus és filozófus állt elő, s ezzel megadta az idő haladási irányát.
Az elméletnek azonban van egy apró szépséghibája. Mégpedig az, hogy a fizikai törvények nem tesznek különbséget a múlt, a jelen és a jövő között. Ennek értelmében pedig az entrópiának ugyanúgy kellene növekednie visszafelé is, a múlt irányába, mint a jövő felé. Nagyon úgy tűnik tehát, hogy valamit még hozzá kell tennünk ehhez a gondolathoz. És itt jönnek a képbe az idő születésével kapcsolatos előzetes ismereteink.
Ha visszafelé megyünk az időben az univerzum kialakulása felé, azt látjuk, hogy a világegyetem egyre rendezettebb lesz: minden összesűrűsödik egyetlen ponttá, s végül elérünk a Nagy Bummhoz. Az tehát biztos, hogy a mindenségnek kezdetben nagyon alacsony volt az entrópiája. Hogy ez miért volt így, egyelőre rejtély. Az azonban látszik, hogy a rendezetlenség felé való haladást valamiképpen a Nagy Bumm indította el. Végső soron tehát ő a felelős az időnyila megjelenéséért is.
De vajon, ha az időnek van kezdete és a rendezetlenség folyamatosan nő, akkor ebből következik-e az, hogy az időnek egyszer vége is lesz?
A tudósok sokáig azt feltételezték, hogy a világegyetem tágulása a Nagy Bumm után az idő múlásával folyamatosan lassul. Úgy, mint amikor az ember leveszi a lábát a gázpedálról. Erről a feltevésről azonban nemrég kiderült, hogy nem igaz. Sőt, a valóságban épp az ellenkezője zajlik: a tágulás egyre gyorsabb. Ennek következménye pedig az lesz, hogy a távoli jövőben az összes távolabbi galaxis ki fog kerülni a látókörünkből, és úgy fog tűnni, mintha a mi galaxisunk a semmiben lenne. Így pedig a távoli jövő csillagászai számára megszűnik az a lehetőség, hogy a távolabbi galaxisokból érkező fény alapján néhány pillantást vethessenek arra a múltbeli időszakra, amikor az a fény elindult.
Bizonyos elméletek szerint a kozmosz a távoli jövőben fekete lyukak tömkelegéből fog állni. Végül azok is elpárolognak majd, és nem marad belőlük más, mint néhány, az űrben sodródó részecske. Ezután már nem történhet változás. Változás hiányában pedig nem tudnánk meghatározni az időt sem: változás, események nélkül még azt sem tudnánk megmondani, hogy merre van az időben az előre és a hátra. Vagyis a fogalom előbb-utóbb értelmét fogja veszteni.
Arról a Kedves Olvasó is bizonyára hallott már, hogy a fekete lyukak egy-egy nagyméretű csillag halálakor jönnek létre, mikor is annak anyaga hihetetlen módon összesűrűsödik. A fekete lyukakkal kapcsolatban számtalan érdekes dolgot megfigyelhetünk. Olyan sokat, hogy azzal könyvet tölthetnénk meg (mint ahogy azt már sokan meg is tették), így mi most csupán azzal foglalkozunk, hogy a fekete lyukak közelében az idő végtelenül lelassul. Ha például egy „rettenthetetlen űrhajós” ott lehetne egy vele éppen összeroppanó csillagon, és onnan szabályos időközönként jeleket küldhetne, akkor a jelet felfogó társai azt tapasztalnák, hogy az összeroppanás pillanatához közeledve az egyes jelek között egyre több idő telik el. Az összeroppanás pillanatában elküldött jel pedig egyáltalán meg sem érkezne hozzájuk.
A fekete lyukak témája volt a 2018-ban elhunyt híres fizikus, Stephen Hawking kutatási szakterülete.
Stephen Hawking egy olyan személyiség volt, akitől rengeteget tanulhatunk. Nem is csak az univerzumról és az időről, hanem bátorságról, kitartásról, bölcsességről. Ő ékes példája volt annak, mennyire eltörpülnek a külsőségek a szellem nagysága mellett.
Stephen Hawkingnál nem sokkal 21 éves kora előtt egy olyan betegséget diagnosztizáltak, melynek következtében az izmai fokozatosan elsorvadtak. Az orvosok akkor két évet jósoltak neki. Ezzel szemben 55 évig élt együtt a betegségével. Három gyermeke született, és kétszer házasodott. Bár a betegsége miatt már írni sem tudott, a korszerű eszközök segítségével mégis dolgozhatott a kutatásain. Kiemelkedő szakmai sikerei mellett azon képessége tette széles körben ismertté, hogy tudását a laikusok számára is érthetően tudta átadni.
S mivel e cikk – nem titkoltan – hasonló céllal született, a „Szerző” mindenképpen szeretné megemlíteni, hogy Stephen Hawking munkássága nélkül ez az írás sem jöhetett volna létre. Köszönet érte!
Források, felhasznált irodalom:
- A kozmoszon túl: Az idő illúziója c. film (Brian Green: The Fabric of the Cosmos c. könyve alapján), 2011
- dr. Dávid Gyula előadásai
- Hawking, Stephen: Az idő rövid története 1989:95
- Vonnegut Jr, Kurt.: Az ötösszámú vágóhíd, 1973
