Qual è il tempo e perché progredisce?

Qual è il tempo e perché progredisce?
Imbuto a forma di campana con linee di griglia su di esso e
Pensiamo che l’universo abbia una linea temporale, un punto in cui è iniziato, fino ad oggi. Ma quanto sanno veramente i cosmologi moderni del tempo? Immagine tramite Alex Mittelmann / wikimedia.

Che ore sono?

di Thomas Kitchinge UCL

Immagina che il tempo passi all’indietro. Le persone stavano diventando più giovani piuttosto che vecchie, e dopo una lunga vita di graduale rinnovamento – senza sapere tutto ciò che sapevano – sarebbero finite in un luccichio negli occhi dei loro genitori. Questa volta come mostrato in Un romanzo dello scrittore di fantascienza Philip K. Gallo Ma sorprendentemente, anche la direzione del tempo è un problema con cui i cosmologi sono alle prese.

Mentre consideriamo il tempo avere una certa direzione, i fisici non lo fanno: la maggior parte delle leggi naturali sono “reversibili nel tempo”, il che significa che funzionerebbero bene se il tempo fosse definito come tornare indietro. Perché il tempo avanza sempre? E lo farai sempre?

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Il tempo ha un inizio?

Qualsiasi concetto universale di tempo deve in definitiva essere basato sull’evoluzione dell’universo stesso. Quando guardi l’universo, vedi eventi accaduti in passato: ci vuole molto tempo per arrivare a noi. Infatti, anche le più semplici osservazioni possono aiutarci a capire il tempo cosmico: per esempio, il fatto che Il cielo notturno è scuro. Se l’universo avesse un passato infinito e fosse di estensione infinita, il cielo notturno sarebbe altrettanto luminoso, pieno di luce proveniente dall’infinito numero di stelle nell’universo che è sempre esistito.

Per molto tempo, gli scienziati, incluso Albert Einstein, credevano che l’universo fosse costante e infinito. Da allora le note sono state mostrate In realtà si sta espandendo a un ritmo accelerato. Ciò significa che deve essere sorto da uno stato più compatto che chiamiamo Big Bang, il che significa che il tempo ha un inizio. In effetti, se cerchiamo una luce abbastanza vecchia, possiamo persino vedere la radiazione dei resti del Big Bang – il sfondo cosmico a microonde. Realizzare questo è stato un primo passo per determinare l’età dell’universo (vedi sotto).

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Relatività

Ma c’è un intoppo, la teoria della relatività ristretta di Einstein lo rende chiaro Il tempo è relativo: Quanto più veloce ti muovi per me, tanto più lento passerà per te in relazione alla mia percezione del tempo. Quindi nel nostro universo di galassie in espansione, stelle rotanti e pianeti vorticosi, le esperienze del tempo sono diverse: tutto nel passato, presente e futuro è relativo.

Perché il cielo notturno può dirci così poco del tempo. Foto per gentile concessione del Parco Nazionale degli Arches / flickr.

Si scopre che poiché in media l’universo è lo stesso ovunque e in media sembra lo stesso in ogni direzione, ci sono tempo cosmico. Per misurarlo, tutto ciò che dobbiamo fare è misurare le proprietà del fondo cosmico a microonde. I cosmologi hanno usato questo per determinare l’età dell’universo: la sua età cosmica. Si scopre che l’età dell’universo è di 13,799 miliardi di anni.

freccia del tempo

Quindi sappiamo che il tempo probabilmente è iniziato durante il Big Bang. Ma rimane una domanda fastidiosa: cosa esattamente? egli è tempo?

Per decifrare questa domanda, dobbiamo esaminare le proprietà di base dello spazio e del tempo. Nelle dimensioni dello spazio, puoi andare avanti e indietro; I passeggeri lo sperimentano ogni giorno. Ma il tempo è diverso, ha una direzione, vai sempre avanti, mai indietro. Perché la dimensione temporale è irreversibile? Questo è uno dei principali problemi irrisolti della fisica.

Per spiegare perché il tempo stesso è irreversibile, dobbiamo trovare processi in natura che siano anche irreversibili. Uno dei pochi concetti della fisica (e della vita!) è che le cose tendono a diventare meno “ordinate” nel tempo. Metà di questo usando un file Una proprietà fisica chiamata entropia Codifica come organizzare qualcosa.

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Immagina una scatola di gas in cui tutte le particelle sono state inizialmente poste in un angolo (uno stato ordinato). Nel tempo cercheranno naturalmente di riempire l’intera scatola (uno stato di turbolenza) e riportare le particelle a uno stato ordinato richiede energia. Questo è irreversibile. È come rompere un uovo per fare una frittata. Una volta che si è allargato e riempito la padella, non tornerà mai più alla sua forma di uovo. Lo stesso vale per l’universo: man mano che si evolve, l’entropia totale aumenta.

Diodi sparsi e altri piccoli componenti elettronici fuoriusciti da una scatola di plastica.
Sfortunatamente, questo non si pulirà da solo. Foto di Alex Denovitzer/ wikimedia.

aumento del caos

Si scopre che l’entropia è un buon modo per spiegare la freccia del tempo. E sebbene possa sembrare che l’universo stia diventando più, non meno, ordinato – passando da un mare terrestre con gas caldo distribuito in modo relativamente uniforme nelle sue fasi iniziali a stelle, pianeti, esseri umani e articoli legati al tempo – può comunque crescere in disordine. Questo perché la gravità associata a grandi ammassi può trascinare la materia in stati apparentemente ordinati, con l’aumento del caos che pensiamo debba essere in qualche modo nascosto nei campi gravitazionali. Quindi il caos può crescere anche se non lo vediamo.

Ma data la tendenza della natura a favorire il caos, perché l’universo è iniziato in uno stato così ordinato in primo luogo? Questo è ancora considerato un mistero. Alcuni ricercatori sostengono che il Big Bang potrebbe non essere nemmeno stato l’inizio, anzi potrebbe essere stato universi paralleli Dove il tempo scorre in direzioni diverse.

Il tempo scadrà?

Il tempo ha un inizio, ma se avrà una fine dipende dalla natura energia oscura Questo fa sì che si espanda a un ritmo accelerato. Il ritmo di questa espansione potrebbe alla fine fare a pezzi l’universo, costringendolo a finire in un Grande Strappo. In alternativa, l’energia oscura può decadere, invertendo il Big Bang e ponendo fine all’universo in una grave crisi. O l’universo potrebbe espandersi per sempre.

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Ma qualcuno di questi scenari futuri avrà mai fine? Ebbene, secondo le strane regole della meccanica quantistica, minuscole particelle casuali possono uscire temporaneamente dal vuoto, cosa che si vede costantemente negli esperimenti di fisica delle particelle. Alcuni hanno sostenuto che energia oscura Tali “fluttuazioni quantitative” possono causare Con conseguente nuova grande esplosione, terminiamo la nostra sequenza temporale e ne iniziamo una nuova. Anche se questo è altamente speculativo e altamente improbabile, ciò che sappiamo è solo quando lo facciamo Capire l’energia oscura Conosceremo il destino dell’universo?

Quindi qual è il risultato più probabile? Solo il tempo lo dimostrerà.

Thomas Kitching, docente di astrofisica, UCL

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su Conversazione. Leggi il articolo originale.

Conclusione: cos’è il tempo e perché sta andando avanti? Il cosmologo Thomas Kitching dell’University College di Londra spiega come la freccia del tempo indichi il futuro.

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