El temps pot ser que no existeixi

Per  Tim Folger
El temps pot ser que no existeixi
Per no esmentar la qüestió de quina direcció segueix ...

Ningú segueix el rastre del temps millor que Ferenc Krausz. En el seu laboratori a l'Institut Max Planck d'Òptica Quàntica Garching, Alemanya, ha cronometrat els intervals de temps més curts mai observats. Krausz va utilitzar polsos làser ultraviolada per rastrejar els irracionalment breus salts quàntics dels electrons dins dels àtoms. Els esdeveniments que va investigar eren d´uns 100 attosegonds, o 100 trillonésimes de segon. Per veure-ho amb una mica de perspectiva, 100 attosegonds és a un segon el que un segon a 300 milions d'anys.

Però fins i tot els treballs de Krausz estan lluny de la frontera del temps. Hi ha un domini temporal anomenat escala de Planck, on fins i tot els attosegonds semblen eons. Això marca el límit de la física coneguda, una regió on les distàncies i intervals són tan curts que els mateixos conceptes d'espai i temps comencen a col.lapsar. El temps de Planck - la unitat més petita de temps que té sentit a nivell físic - és 10-43 segons, menys d'una bilionèsima de bilionèsima d'un attosegond. Més enllà què hi ha? El temps desconegut. Almenys per ara.

Els esforços per comprendre el temps per sota de l'escala de Planck han portat conjuntures extremadament estranyes de la física. El problema, resumint, és que el temps pot no existir al nivell més fonamental de la realitat física. Si això és així, llavors, què és el temps? I per què és tan òbvia i tirànicament omnipresent en la nostra pròpia experiència? "El significat del temps s'ha convertit en alguna cosa terriblement problemàtic en la física contemporània", diu Simon Saunders, un filòsof de la física a la Universitat d'Oxford. "La situació és tan incòmoda que el millor que pot un fer, de lluny, és declarar-se agnòstic".

El problema amb el temps va començar fa un segle, quan les Teories de la Relativitat Especial i General d'Einstein van esfondrar la idea del temps com una constant universal. Una conseqüència és que passat, present i futur no són absoluts. Les Teories de Einstein també han obert una esquerda en la física pel fet que les regles de la relativitat general (que descriuen la gravetat i l'estructura a gran escala de Cosmos) semblen incompatibles amb les de la física quàntica (que governa el domini de lo diminut ). Unes quatre dècades més tard, el famós físic John Wheeler, llavors a Princeton, i el posteriorment Bryce DeWitt, llavors en la Universitat de Carolina del Nord, van desenvolupar una extraordinària equació que proporciona un possible marc de treball per unificar la relativitat i la mecànica quàntica . Però l'equació de Wheeler-DeWitt sempre ha estat controvertida, en part pel fet que afegeix un altre, si és possible, gir encara més desconcertant a la nostra comprensió del temps.

"Un es troba amb que el temps simplement desapareix en l'equació de Wheeler-DeWitt", diu Carlo Rovelli, físic de la Universitat de la Mediterrània a Marsella, França. "És un tema que ha desconcertat a molts teòrics. Potser la millor manera de pensar en la realitat quàntica sigui abandonant la noció de temps - que la descripció fonamental de l'Univers ha de ser atemporal ".

Ningú ha tingut èxit en l'ús de l'equació de Wheeler-DeWitt per integrar la teoria quàntica amb la relativitat general. No obstant, una minoria considerable de físics, Rovelli inclusivament, creuen que alguna fusió reeixida de les dues grans peces mestres de la física del segle XX inevitablement descriuran un Univers en què, finalment, no hi ha temps.

La possibilitat que pot no existir el temps és coneguda entre els físics com "el problema del temps". Pot ser el més gran, però està lluny de ser l'única endevinalla temporal. L'aspirant per a la segona plaça és aquest estrany fet: Les lleis de la física no expliquen per què el temps sempre apunta cap al futur. Totes les lleis - ja siguin les de Newton, Einstein, o les estrafolàries regles quàntiques - funcionarien igual de bé si el temps corregués cap enrere. Fins a on podem dir, si bé, el temps en un procés de sentit únic, mai s'inverteix, fins i tot encara cap llei li ho impedeix.

"És bastant misteriós per què tenim una fletxa del temps tan òbvia", diu Seth Lloyd, enginyer de mecànica quàntica al MIT. (Quan li preguntem què és el temps, contesta, "No ho sé. Hem acabat?") "L'explicació habitual d'això és que per especificar el que passa a un sistema, no només has d'especificar les lleis físiques, sinó també alguna condició inicial o final ".

La mare de totes les condicions inicials, diu Lloyd, va ser el Big Bang. Els físics creuen que l'univers va començar com una extremadament compacta i simple bola d'energia. Encara que les lleis de la física mateixes no proporcionen una fletxa del temps, l'expansió actual de l'univers sí que ho fa. Atès que l'Univers s'expandeix, es fa més complex i desordenat. El desordre creixent - el que els físics anomenen un augment de l'entropia - està dirigit per l'expansió de l'Univers, la qual cosa pot ser l'origen del que pensem que és l'incessant avanç del temps.

El temps, des d'aquest punt de vista, no és una cosa que existeixi fora de l'Univers. No hi ha un rellotge fent tic-tac fora del Cosmos. La majoria de nosaltres tendim a pensar en el temps de la manera que ho va fer Newton: "El temps absolut, veritable i matemàtic, per si mateix i per la seva pròpia naturalesa, flueix de la mateixa manera, sense importar res extern". Però com va demostrar Einstein, el temps és part del teixit de l'Univers. Contràriament al que creia Newton, els nostres rellotges comuns no mesuren quelcom independent a l'Univers. De fet, diu Lloyd, els rellotges no mesuren el temps en absolut.

"Recentment vaig anar a l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia a Boulder", diu Lloyd. (NIST és el laboratori del govern que alberga el rellotge atòmic que estandarditza la hora per a la nació). "Vaig dir alguna cosa com, 'Els vostres rellotges mesuren el temps amb molta precisió'. Ells em van dir, 'Els nostres rellotges no mesuren temps'. Vaig pensar: Guau, això és una cosa molt humil per part d'aquests nois. Però van dir, 'No hi ha cap temps definit que els nostres rellotges puguin mesurar'. La qual cosa és cert. Ells defineixen els estàndards del temps per al món: El temps està definit pel nombre de tics dels seus rellotges ".

Rovelli, el defensor d'un univers sense temps, diu que els guardians del temps de NIST tenen raó. A més, el seu punt de vista és molt consistent amb l'equació de Wheeler-DeWitt. "En realitat mai podem veure el temps", diu. "Només veiem rellotges. Si dius que aquest objecte es mou, el que en realitat vol dir és que aquest objecte era aquí quan la maneta del teu rellotge era aquí, etc. Diem que mesurem el temps amb rellotges, però només veiem les agulles dels rellotges, no el temps en si mateix. I les agulles d'un rellotge són una variable física com qualsevol altra. Pel que en cert sentit fem trampa pel fet que el que realment observem són variables físiques com una funció d'una altra variable física, però que representem com si tot evolucionés amb el temps.

"El que passa amb l'equació de Wheeler-DeWitt és que hem de deixar de jugar a això. En lloc d'introduir aquesta variable fictícia - el temps, que en si mateix no és observable - hauríem simplement descriure com es relacionen les variables entre si. La pregunta és, el temps és una propietat de la realitat o només una aparença macroscòpica de les coses? Jo diria que és només un efecte macroscòpic. És una cosa que sorgeix només per les coses grans ".

Per "coses grans", Rovelli indica qualsevol cosa que hi hagi molt per sobre de la misteriosa escala de Planck. Atès que per ara no hi ha una teoria física que descrigui completament com és l'Univers per sota de l'escala de Planck. Una possibilitat és que si els físics aconsegueixen mai una teoria unificada de la quàntica i la relativitat general, l'espai i el temps es descriuran mitjançant alguna versió modificada de la mecànica quàntica. En aquest teoria, l'espai no seria suau i continu. En lloc d'això, constaria de fragments discrets - quanta, en l'argot de la física - així com la llum està composta de feixos d'energia individuals anomenats fotons. Aquests serien els maons fonamentals de l'espai i el temps. No és fàcil imaginar que l'espai i el temps estiguin fets d'alguna cosa. On existirien els components de l'espai i temps, sinó en l'espai i el temps?

Com explica Rovelli, en la mecànica quàntica totes les partícules de matèria i energia poden descriures com ones. I les ones tenen una propietat inusual: Un nombre infinit d'elles poden existir en la mateixa localització. Si es demostra algun dia que l'espai i el temps consten de quanta, els quanta podrien existir apilats en un únic punt sense dimensió. "L'espai i el temps en cert sentit es fonen en aquest escenari", diu Rovelli. "No hi haurà més espai. Només uns tipus de quanta vivint uns sobre els altres sense veure's immersos en l'espai ".

Rovelli ha estat treballant amb un dels matemàtics més importants del món, Alain Connes de la Facultat de França a París, sobre aquesta idea. Junts han desenvolupat un marc de treball per demostrar com el que experimentem com a temps podria sorgir a partir d'una realitat més fonamental sense temps. Com la descriu Rovelli, "El temps pot ser un concepte aproximat que sorgeix a grans escales - una mica com el concepte de" superfície de l'aigua ", que té sentit a nivell macroscòpic però que perd un sentit precís al nivell dels àtoms".

Adonant-se que aquesta explicació pot fer més profund el misteri del temps, Rovelli diu que gran part del coneixement que prenem com a bo va ser considerat una vegada com igualment perplex. "M'adono que aquesta descripció no és intuïtiva. Però d'això és del que tracta la física fonamental: trobar noves formes de pensament sobre el món, proposar i veure si funcionen. Crec que quan Galileu va dir que la Terra girava esbojarradament, era una cosa completament incomprensible de la mateixa forma. L'espai per Copèrnic no era el mateix espai que per Newton, i el de Newton no era el mateix que el d'Einstein. Sempre aprenem una mica més ".

Einstein, per exemple, va trobar consol en el seu sentit revolucionari del temps. Al març de 1955, quan el seu amic de tota la vida Michele Besso morir, va escriure una carta de consol a la família de Besso: "Ara ell ha partit d'aquest estrany món una mica abans que jo. Això no vol dir res. La gent com nosaltres, que creuen en la física, saben que la distinció entre el passat, el present i el futur és només una il.lusió obstinadament persistent ".

Rovelli sent que hi ha un altre gran avanç temporal a la volta de la cantonada. "L'article de 1905 d'Einstein va arribar i va canviar sobtadament el pensament de la gent sobre l'espai-temps. Estem de nou al mig d'alguna cosa semblant ", va dir. Quan la pols es consolidi, el temps - sigui el que sigui això - podria tornar-se fins i tot més estrany i il.lusori del que fins Einstein va poder imaginar.