Mezi mnoha otázkami, které zabírají mysl teoretických fyziků, způsobuje „čas“ hlubokou debatu, která zasahuje do oblastí fyziky i filozofie. Klíčové otázky zahrnují: Co je čas? Je to základní prvek v našem vesmíru, nebo pouhá metoda, jak popsat změny?
Pro pochopení této myšlenky si představte, že držíte bankovku ve výši 100 dolarů. Tato bankovka nemusí mít sama o sobě zvláštní význam, ale prostřednictvím toho, co představuje, jakožto způsob výměny za jiné komodity, ukazuje nám, že i čas by mohl být chápán jako naše vlastní metoda pro zacházení se událostmi ve vesmíru.
Problém času
Toto je podstata toho, co se nazývá „problém času“, což představuje konceptuální rozpor mezi dvěma velmi úspěšnými přístupy k pochopení přírody. První z nich se zaměřuje na popis chování mikrosvěta (svět atomů a elektronů), což je kvantová mechanika. Druhá pak popisuje makrosvět (svět hvězd a galaxií), což je obecná teorie relativity.
Příběh začíná tím, že každá teorie zachází s časem odlišně. V kvantové mechanice je čas zpravidla považován za pevný pozadí, jako by tam byla vnější hodina, která řídí události. Měření se přiřazují k určitým okamžikům, jako by byl čas společnou měrnou jednotkou pro všechny. Na druhé straně v obecné teorii relativity se obraz obrací – čas není pevná měrná jednotka, ale součástí struktury časoprostoru jako takového. Může se rozšiřovat nebo zpomalovat v závislosti na gravitaci a pohybu pozorovatelů. Jinými slovy, čas je flexibilní a neplatný pro všechny stejně.
To vytváří dilema. Když vědci sní o vytvoření širší teorie, která by zahrnovala obě, jako je teorie „kvantové gravitace“, stává se problém času základní přítěží, protože potřebujeme teorii, která by spojila čas jako neinteragující pozadí v kontextu kvantové mechaniky a současně jako část geometrie samotného prostoru v obecném rámce relativity.
Záhadná rovnice
Dokonce i v kvantové gravitaci se vše komplikuje. Existuje to, čemu se říká „Rovnice Wheeler-DeWitt“, která se snaží určitým způsobem integrovat gravitaci do kvantové mechaniky. V těchto rovnicích se jeví jako statické, nevyvíjející se, jako by byl celý vesmír zmrzlý bez času. Opět se objevuje otázka, pokud je vesmír zmrzlý v těchto rovnicích, odkud tedy pochází naše každodenní zkušenost, že čas plyne a věci se mění?
Desítky let se vědci snaží tuto otázku vyřešit, a jedno z navržených řešení naznačuje, že čas nemusí být absolutně vnějším prvkem, tedy ne hodinou tikající venku z vesmíru, ale spíše to, co se ukazuje zevnitř vesmíru prostřednictvím vztahů mezi jeho částmi.
Známá myšlenka
Jedna z nejznámějších myšlenek se začala rozvíjet s vědci Donem Pagem a Williamem Woottersem, kteří předpokládají, že vesmír jako celek může zůstávat bez času, ale pozorovatel uvnitř vesmíru (jako jste vy) vnímá čas, protože srovnává systém, který funguje jako hodiny, s jiným systémem, který se mění. Z tohoto vzájemného vztahu se čas objevuje.
Pro lepší pochopení této myšlenky si představte vesmír jako zavřenou knihu. Tato kniha je celá přítomna najednou; z vnějšího pohledu neexistuje žádný plynoucí čas. Ale když knihu otevřete a začnete číst stránku po stránce, vnímate existenci času, neboť existuje stránka před a stránka po.
Toto je to, co Page a Wootters míní – vesmír jako celek může být statický, ale vy, když jste uvnitř, vnímáte čas, protože sledujete něco, co funguje jako hodiny, jako je pohyb, záření, pulzování, rotace atd., stejně jako změny mezi dvěma prvky, a z tohoto porovnání vzniká vaše vnímání času.
Čas jako emergentní
Existuje další řešení tohoto problému, které předpokládá, že čas je „emergentní“ a nikoli základní v konstrukci vesmíru. V tomto případě čas není součástí hluboké struktury vesmíru, ale objevuje se, když se díváme na vesmír z širší perspektivy. Například teplota není partiklem, neexistuje žádná atomová jednotka teploty, ale když se shromáždí obrovské množství částic a pohybují se chaoticky, pojmenování teplota se statu vydává jako kolektivní vlastnost pohybu těchto částic.
Stejným způsobem, čas nemusí existovat v těch nejnáročnějších zákonech vesmíru, ale objeví se, když se formují velké struktury z hmoty a energie. Také se projevuje tok času, a tedy postup vpřed bez zastavení.
Vědci zatím nenalezli odpověď na tuto otázku a stále existuje mnoho navrhovaných hypotéz. Přesto jsme stále ve fázi zmatení ohledně povahy toho, co můžeme nazvat tím nejdůležitějším prvkem v našich každodenních životech.
