Da li je vrijeme zaista stvarnost ili tek iluzija našeg uma? Od Velikog praska i Einsteinove relativnosti do crnih rupa i kvantne mehanike, savremena fizika dovodi u pitanje samu srž onoga što podrazumijevamo pod prošlošću, sadašnjošću i budućnošću otvarajući jedno od najvećih pitanja nauke

Da li je vrijeme započelo s univerzumom? I, još radikalnije, postoji li ono uopće ili je tek uvjerljiva iluzija koju proizvodi naš mozak? Moderna fizika dovela je u pitanje jednu od najdubljih i najočiglednijih ideja svakodnevnog iskustva: da prošlost, sadašnjost i budućnost imaju univerzalno i nepromjenjivo značenje. Od Velikog praska, preko crnih rupa do kvantne mehanike, vrijeme ostaje jedna od najvećih zagonetki nauke.

Pisac Michael Ende jednom je zapisao da u svijetu postoji velika tajna o kojoj svi znamo, ali o kojoj rijetko ko razmišlja: vrijeme. Sveti Augustin je još u četvrtom stoljeću priznao: „Ako me niko ne pita šta je vrijeme, znam; ali ako me pitaju, ne znam odgovoriti.“ Gotovo petnaest stoljeća kasnije, fizičar Richard Feynman odgovorio je slično: „Ne pitaj me. Preteško je o tome razmišljati.“ Kosmolog Lee Smolin priznaje da ni nakon cijelog profesionalnog života posvećenog proučavanju vremena nije bliže konačnom odgovoru.

Satovi, zapravo, ne mjere vrijeme, oni mjere kretanje. Kao što temperaturu mjerimo širenjem materijala, tako i vrijeme mjerimo promjenom. No šta ako se ništa ne bi mijenjalo? Bi li vrijeme tada postojalo?

Prema savremenoj kosmologiji, prostor i vrijeme nastali su prije oko 13,8 milijardi godina, u trenutku Velikog praska. „Pojam vremena počinje s Velikim praskom, kao što mjerenje geografske širine počinje na Sjevernom polu, ne možete ići dalje na sjever“, objašnjava kosmolog Kari Enqvist.

Isaac Newton vjerovao je u apsolutno vrijeme, isto za sve i svuda. Njegovi savremenici, poput Leibniza, tvrdili su da vrijeme nije ništa drugo do odnos među stvarima. Newtonove zakone kretanja bilo je moguće razumjeti samo uz pretpostavku univerzalnog sata. No 1905. Albert Einstein pokazuje da vrijeme nije isto za sve posmatrače: sat koji se kreće kasni u odnosu na onaj koji miruje. Protok vremena zavisi od brzine i gravitacije.

Einsteinova opća teorija relativnosti ide još dalje: u njenim jednačinama vrijeme nestaje kao zasebna kategorija. Možemo opisivati promjene u univerzumu samo ako odaberemo fizički proces koji će služiti kao „sat“. Vrijeme, u apstraktnom smislu, više nije temeljna kategorija.

Relativnost uvodi dramatične posljedice. Ako posmatramo kolaps masivne zvijezde u crnu rupu iz daljine, nikada nećemo vidjeti njen konačni pad. Za posmatrača iz svemirske letjelice, kolaps se usporava i praktično „zamrzava“ na horizontu događaja. Ruski fizičari zato crne rupe nazivaju „zamrznutim zvijezdama“. Ako nema apsolutnog vremena, onda moramo priznati da se u blizini crne rupe vrijeme zaista zaustavlja.

Kvantna mehanika dodatno komplikuje sliku. Na subatomskom nivou ne postoji savršen sat: svaki mjerni uređaj podložan je kvantnoj neodređenosti. Wolfgang Pauli je pokazao da u kvantnoj teoriji ne postoji „opservabilno vrijeme“, veličina koju možemo direktno izmjeriti. Neka novija istraživanja sugeriraju čak da se u kvantnom svijetu prošlost, sadašnjost i budućnost mogu preklapati, brišući jasnu granicu između uzroka i posljedice.

Ako je tako, ima li smisla uopće govoriti o vremenu?

Jedan od najradikalnijih odgovora glasi: vrijeme ne postoji. Novozelanđanin Peter Lynds izazvao je 2003. veliku pažnju tvrdeći da je vrijeme iluzija, a da je stvarnost tek niz povezanih događaja. No ideja nije nova, još je antički filozof Parmenid tvrdio da su vrijeme i promjena prividi.

Najdosljedniji zagovornik ove teze je fizičar Julian Barbour. Prema njemu, univerzum je skup nepovezanih „trenutaka“. On ih naziva „gomilom“, kolekcijom svih mogućih konfiguracija svijeta. Ne postoji tok vremena; postoji samo bezbroj sadašnjosti. Osjećaj prolaznosti rezultat je načina na koji naš mozak povezuje uspomene.

Barbour to objašnjava metaforom filma: svaki kadar postoji sam za sebe, sa svim sjećanjima i informacijama koje mu pripadaju. Nema stvarnog prelaska iz jednog u drugi; iluzija kontinuiteta nastaje u percepciji.

Ipak, svakodnevno iskustvo sugerira da vrijeme ima smjer, od prošlosti ka budućnosti. Fizičari to nazivaju „strelicom vremena“, a najčešće objašnjenje nalazi se u pojmu entropije. Drugi zakon termodinamike kaže da u zatvorenim sistemima entropija, mjera nereda, uvijek raste. Svijet spontano prelazi iz uređenog u neuređeno stanje.

No to podrazumijeva da je univerzum započeo u izuzetno uređenom stanju, što je teško pomiriti s idejom haotičnog Velikog praska. Barbour i saradnici pokušali su riješiti taj paradoks teorijom „dinamike oblika“ (Shape Dynamics), prema kojoj je ključno ne prostor-vrijeme, nego odnos među objektima. Vrijeme tada postaje emergentno svojstvo, posljedica promjena u tim odnosima.

Možemo to zamisliti kao ples: u Einsteinovoj teoriji važna je pozornica; u dinamici oblika važni su samo plesači i njihov međusobni raspored. „Prolazak vremena“ nije ništa drugo do promjena u njihovim pozicijama.

Dok jedni poriču postojanje vremena, drugi tvrde da ono ima više od jedne dimenzije. Fizičar Gunther Kletetschka predlaže model s tri vremenske dimenzije, analogne dužini, širini i visini u prostoru. Prema toj hipotezi, prostor bi bio sekundaran, dok bi vrijeme činilo temeljnu „tkaninu“ univerzuma.

U takvom modelu naša linearna percepcija vremena bila bi samo jedan presjek složenije strukture. Teorija čak pokušava objasniti mase elementarnih čestica kroz ovu trodimenzionalnu vremensku matricu. Hoće li ta ideja ostati matematička egzotika ili postati dio buduće fizike, ostaje da se vidi.

Od Svetog Augustina do Einsteina, od crnih rupa do kvantnih eksperimenata, vrijeme izmiče konačnom objašnjenju. Možda je temeljna stvarnost, možda emergentna pojava, možda iluzija. No jedno je sigurno: dok pokušavamo razumjeti vrijeme, ono, ili barem naša predstava o njemu, neumoljivo teče dalje.

Miguel Ángel Sabadell je astrofizičar, ovaj je tekst napisao za magazin Muy Intereseante