Czas zrozumieć

Kiedyś ludzie cenili czas. sprawa była jasna – kolacja jest o 18 i koniec. Spóźnień nie uznajemy. Nikogo nie obchodziło, że się spieszyłeś. Czas jest jeden dla wszystkich i wszyscy muszą go szanować.

Ta metoda sprawdzała się przez stulecia. Jeszcze zanim Liang Ling-Son gdzieś w VIII wieku zbudował pierwszy mechanizm zegarowy, ludzi radzili sobie rozmaitymi czasomierzami wodnymi, piaskowymi, a co bardziej zdesperowani – słonecznymi. Tak czy inaczej, chodziło o uporządkowanie czasu – minuta miała być równa minucie, choćby nie wiem co się działo.

Na ironię zakrawa to, że czas zepsuł się nie gdzie indziej, tylko w światowym królestwie zegarów, czyli w Szwajcarii. To tam 103 lata temu pewien bardzo dociekliwy urzędnik biura patentowego zrobił coś, po czym czas nigdy już nie wrócił do siebie – przylepił go do przestrzeni.

Posunięcie było o tyle okrutne, że wcześniej to czas miał władzę nad materią, a ta nie miała na niego żadnego wpływu. Starzenie się i rozpad – owszem, ale nie do pomyślenia byłoby, żeby czas z jakiegokolwiek materialnego powodu zwolnił lub przyspieszył. Jednak coraz bardziej precyzyjna nauka z upływem czasu burzyła ten porządek. Kiedyś Arystoteles twierdził, że Ziemia spoczywa majestatycznie w przestrzeni, stanowiąc absolutny punkt odniesienia dla każdego ruchu. Trochę czasu minęło, zanim Galileusz doszedł do wniosku, że sprawy nie wyglądają tak prosto, bo właściwie z fizycznego punktu widzenia nie ma różnicy, czy to statek porusza się względem lądu, czy może ląd względem statku. Później wszystko zaczęło przyspieszać – kilkadziesiąt lat później Newton oparł rewolucyjne fundamenty fizyki właśnie na wnioskach Galileusza, a po kolejnych kilku dekadach zamieszania w tym wszystkim narobił Maxwell ze swoimi równaniami opisującymi rozchodzenie się fal, z których wynikało, że światło musi rozchodzić się ze stałą,
niezmienną prędkością.

Żeby jednak prędkość była stała, trzeba ją względem czegoś mierzyć. By utrzymać dotychczasowy porządek świata, na gwałt potrzebny był jakiś nienaruszalny układ odniesienia. Czym prędzej sięgnięto po starożytną ideę eteru, substancji przenikającej wszystko, niezależnej i stanowiącej stały element wszechświata. Przez krótką chwilę wszystko wyglądało pięknie, ale zaraz potem nazbyt dociekliwi badacze zaczęli szukać dowodów na istnienie tego eteru i szybko się okazało, że nijak nie da się ich znaleźć.

Właśnie wtedy wychynął ów urzędnik patentowy i ostatecznie pogrzebał resztki zdrowego rozsądku w fizyce. Na pierwszy rzut oka nie wyglądało to groźnie – główny postulat szczególnej teorii względności, jak nazywały się jego przemyślenia, głosił coś podobnego do tez Galileusza. Wszystkie prawa fizyki są identyczne dla każdego obserwatora poruszającego się swobodnie, niezależnie od prędkości, z jaką się porusza. Gdzie tu rewolucja? Otóż tkwi ona w słowie „wszystkie”. Skoro Maxwell- stwierdził, że prędkość światła jest stała, to musi oznaczać, że wszyscy obserwatorzy mierzący prędkość poruszania się światła muszą otrzymać ten sam wynik. Nie ma więc żadnego eteru ani innej uniwersalnej siatki albo linijki – każdy jest punktem odniesienia sam dla siebie.

Konsekwencje tego są znacznie poważniejsze, niż się w pierwszej chwili wydaje, a jedną z nich jest właśnie rozstrojenie czasu. Wynika ono z nadmiaru względności. Jeśli stoisz na peronie, a w mijającym cię pociągu ktoś upuści jabłko, dla ciebie będzie ono leciało nie pionowo w dół, ale ukośnie – w kierunku podłogi i jednocześnie wraz z pociągiem wzdłuż peronu. Jednak ten, kto owo jabłko upuścił, jest całkowicie pewny, że przeleciało ono tylko mały kawałek z jego ręki na podłogę. Kto ma rację? Obaj ją macie. Dziwne? Ale prawdziwe. Każdy z was otrzymał inną drogę, jaką przeleciało jabłko. Ty widziałeś 15 metrów, ten w pociągu – ledwie metr.

To teraz czas na szybką zmianę. Zamiast rzucać owocami, włączamy latarkę skierowaną ku podłodze. Promień światła leci szybciej od jabłka, lecz w obu przypadkach to, co widzicie, różni się. Dla ciebie promień przebywa znacznie dłuższą drogę niż dla włączającego latarkę, ale dla was obu prędkość światła pozostaje taka sama. A przecież prędkość to nic innego jak droga podzielona przez czas – na przykład km/godz. czy km/s. Prędkość światła stała, droga różna, więc trzeba zmienić trzeci element równania. Wniosek? Dla każdego z was czas płynie trochę inaczej.

Taa daaam! Właśnie zepsuliśmy czas. Nie ma już czasu absolutnego. Wszystko stracone. Machamy na pożegnanie zdrowemu rozsądkowi i zanurzamy się w otchłani względności. Konsekwencje? Przedziwne. O, na przykład w drodze do pracy – im szybciej jedziesz samochodem, tym wolniej płynie dla ciebie czas względem czasu zegara stojącego gdzieś przy drodze. Nie znaczy to jednak, że będziesz dłużej żył – dla ciebie czas będzie biegł tak jak zwykle, a jego spowolnienie można dopiero dostrzec, porównując go z czasem kogoś wolniejszego. Oczywiście w skali dojazdów do pracy różnice waszych czasów będą na poziomie trylionowych części sekundy. Nie jest to jednak wyłącznie wymysł fizyków teoretyków – opóźnienia wynikające z różnych prędkości są jak najbardziej do zmierzenia w eksperymentach.

No to brniemy dalej. Ten sam urzędnik patentowy pomyślał jeszcze 11 lat i w 1916 roku dorzucił do swoich pomysłów jeszcze siłę grawitacji, zamieniając teorię szczególną w ogólną. Konsekwencje dla czasu – jeszcze poważniejsze. Teraz biedak zależał nie tylko od prędkości, ale także od obecności wielkich mas. Im bliżej takiej masy, tym czas wolniej płynie. Dowody? Proszę bardzo. Wystarczy wziąć wysoką wieżę i dwa bardzo precyzyjne zegary. Jeden cyka na dole, drugi na górze. Po pewnym czasie ten na górze wydaje się spóźniać – jest dalej od centrum masy. Różnica, rzecz jasna, jest minimalna, ale jeśli weźmiemy pod uwagę satelity systemu GPS latające 20 tysięcy kilometrów nad Ziemią, to zaniedbanie tej wady wrodzonej czasu zakłóciłoby odczyt nawet o parę kilometrów!

Szwajcarskie figle sprzed wieku to nie koniec psucia czasu. Fizycy najwyraźniej lubią go gnębić, bo niedawno stwierdzili, że wcale go nie ma. Sprawa wzięła się z konfliktu między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową. Ta druga co prawda świetnie wyjaśnia zjawiska w skali subatomowej, lecz opiera się na porządkowaniu wydarzeń na ścisłej skali czasu. Dopóki badamy obijające się o siebie cząstki, pozornie wszystko działa – narzucamy naszą miarę czasu, uznając ją za obowiązującą. Ale przecież cały wszechświat to jedna wielka mieszanina cząstek działających wedle zasad mechaniki kwantowej. Jeśli założenia tej teorii miałyby być słuszne, musiałby istnieć jakiś nadzegar pozostający poza całym układem, a więc poza wszechświatem. To z kolei nie zgadza się z resztą naszej wiedzy o świecie, więc w meczu teoria względności kontra mechanika kwantowa wygrywa ta pierwsza.

Sposobem na uniknięcie tego starcia może być usunięcie głównego punktu spornego, czyli czasu. Po prostu nie ma go i już. No, ale jak to?! Przecież płynie, mija, wolniej czy szybciej, ale wciąż biegnie przed siebie. Otóż nie – tylko tak ci się wydawało. Zdaniem pomysłodawców najnowszego sposobu na pognębienie zdrowego rozsądku czas może być tylko złudzeniem, uogólnieniem wynikającym z niedoskonałości naszych zmysłów. Choć szczegóły tej teorii mogą zwykłego człowieka obalić, do wyobraźni przemawia porównanie – czas może być taką samą ułudą jak temperatura. W końcu temperatura to nic innego jak uśredniony stan miliardów drgających atomów. Nie mamy zmysłów pozwalających nam na szczegółowe zbadanie tych drgań, więc tworzymy sobie złudne wrażenie czegoś, co w przyrodzie nie istnieje – ciepła albo zimna.

Być może więc z czasem jest podobnie. Możliwe, że wcale go nie ma, a wrażenie jego upływu to błąd naszych niedoskonałych zmysłów. Cóż, czas jest cierpliwy. Jeszcze trochę go upłynie, zanim fizycy zdołają go ostatecznie rozmontować.

Piotr Stanisławski