The earliest time measurements were observations of cycles of the natural world, using patterns of changes from day to night and season to season to build calendars. More precise time-keeping, like sundials and mechanical clocks, eventually came along to put time in more convenient boxes. But what exactly is it that we’re measuring? Is time something that physically exists, or is it just in our heads? At first the answer seems obvious— of course time exists; it constantly unfolds all around us, and it’s hard to imagine the universe without it.
Hajdanán idő mérésére a természet körforgásának megfigyelése szolgált; nappalok s éjszakák és évszakok változásán alapultak a naptárak. Végül megjelentek pontosabb időmérő eszközök, pl. napórák és mechanikus órák, melyekkel kényelmesebbé vált az időmérés. De pontosan mit mérünk? Valami fizikailag létezőt vagy csak valami képzeletünkben lévőt? A válasz elsőre nyilvánvalónak tűnik – persze, létezik idő; folyamatosan zajlik körülöttünk. és híján alig képzelhető el az univerzum.
But our understanding of time started getting complicated thanks to Einstein. His theory of relativity tells us that time passes for everyone, but doesn’t always pass at the same rate for people in different situations, like those travelling close to the speed of light or orbiting a supermassive black hole. Einstein resolved the malleability of time by combining it with space to define space-time, which can bend, but behaves in consistent, predictable ways.
De az idő megértése Einstein hatására összetettebbé kezdett válni. Relativitáselmélete közli velünk, hogy az idő mindenkinek telik, de helyzettől függően nem mindig azonos ütemben; másként telik a közel fénysebességgel utazóknak vagy szupermasszív fekete lyuknál keringőknek. Einstein rájött az idő relativitására: egyesítve a térrel meghatározta a téridőt, mely görbülhet, de következetes, megjósolható módon viselkedik.
Einstein’s theory seemed to confirm that time is woven into the very fabric of the universe. But there’s a big question it didn’t fully resolve: why is it we can move through space in any direction, but through time in only one? No matter what we do, the past is always, stubbornly, behind us. This is called the arrow of time.
Einstein elmélete látszólag igazolta, hogy az idő az univerzum anyagába van szőve. De egy nagy kérdést nem teljesen válaszolt meg: térben miért mehetünk bármely irányba, de időben csupán egyfelé? Nem számít, mit teszünk, a múlt mindig makacsul mögöttünk van. Ez az idő irányítottsága vagy időnyíl.
When a drop of food coloring is dropped into a glass of water, we instinctively know that the coloring will drift out from the drop, eventually filling the glass. Imagine watching the opposite happen. Here, we’d recognize time as unfolding backwards. We live in a universe where the food coloring spreads out in the water, not a universe where it collects together.
Mikor cseppnyi ételfestéket egy pohár vízbe cseppentünk, ösztönösen tudjuk, hogy a festék lassan el fog oszlani, és végül betölti a poharat. Képzeljük el az ellentettjét! Az idő itt mintha hátrafelé folyna. Univerzumunkban az ételfesték a vízben szétterjed, nem pedig egybehalmozódik.
In physics, this is described by the Second Law of Thermodynamics, which says that systems will gain disorder, or entropy, over time. Systems in our universe move from order to disorder, and it is that property of the universe that defines the direction of time’s arrow.
A fizikában ezt írja le a termodinamika második főtétele: azaz idővel a rendszerek rendezetlensége, vagyis entrópiájuk nő. A rendtől a rendezetlen felé haladás univerzumunk rendszereinek alapja, és ez határozza meg az időnyíl irányát.
So if time is such a fundamental property, it should be in our most fundamental equations describing the universe, right? We currently have two sets of equations that govern physics. General relativity describes the behavior of very large things, while quantum physics explains the very small. One of the biggest goals in theoretical physics over the last half century has been reconciling the two into one fundamental “theory of everything." There have been many attempts —none yet proven— and they treat time in different ways. Oddly enough, one contender called the Wheeler-DeWitt equation, doesn’t include time at all.
Tehát ha az idő mindennek az alapja, benne kell lennie az univerzumunkat leíró alapegyenletekben, nemde? Jelenleg a fizikát nálunk két egyenletsor uralja. Az általános relativitás leírja a hatalmas dolgok viselkedését, míg a kvantumfizika a parányiakét magyarázza. Az elméleti fizika kiemelkedő célja immár fél évszázada, hogy a kettőt egyetlen alapvető "mindenségelméletbe" egyesítse. Erre számos próbálkozást tettek – ezek még bizonyításra várnak –, de az időre mind máshogyan tekint. Az egyik jelölt, a Wheeler–DeWitt-egyenlet érdekes mód nem tartalmaz időt.
Like all current theories of everything, that equation is speculative. But as a thought experiment, if it or a similarly time-starved equation turned out to be true, would that mean that time doesn’t exist, at the most fundamental level? Could time just be some sort of illusion generated by the limitations of the way we perceive the universe? We don’t yet know, but maybe that’s the wrong way of thinking about it. Instead of asking if time exists as a fundamental property, maybe it could exist as an emergent one.
Ahogyan a mai mindenségelméletek, az egyenlet elméleti. De gondolatkísérletként, ha ez vagy hasonló időhiányos egyenlet igaznak mutatkozna, ez azt jelentené-e, hogy a legalapvetőbb szinten nincs idő? Vajon az idő valamiféle magunk által teremtett káprázat az általunk korlátozott módon érzékelt univerzumban? Még nem tudjuk, de ez talán hibás elgondolás. Esetleg az idő mégsem alapjelenség, hanem létrejövő jelenség?
Emergent properties are things that don’t exist in individual pieces of a system, but do exist for the system as a whole. Each individual water molecule doesn’t have a tide, but the whole ocean does.
Létrejövő tulajdonságok nem léteznek rendszerek egyes részeiként, de a rendszer egészére nézve igen. Egy-egy vízmolekulának nincs árapálya, de az óceán egészének van.
A movie creates change through time by using a series of still images that appear to have a fluid, continuous change between them. Flipping through the images fast enough, our brains perceive the passage of time from the sequence of still images. No individual frame of the movie changes or contains the passage of time, but it’s a property that comes out of how the pieces are strung together. The movement is real, yet also an illusion. Could the physics of time somehow be a similar illusion?
A film időbeli változást hoz létre látszólag egymásba futó, folyton változó állóképsorok révén. A képek közti gyors pörgetés elég, hogy agyunk állóképek sorát az idő haladásaként érzékelje. A film egyes képkockái mozdulatlanok, nincs bennük időmúlás, de a tulajdonság azáltal képződik, ahogyan a darabok össze vannak fűzve. A mozgás valóságos és egyúttal káprázat. Vajon az idő fizikája hasonlóan káprázat?
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
Fizikusok még dolgoznak ilyen kérdéseken, de a teljes magyarázat még távoli.
At least for the moment.
Legalábbis pillanatnyilag.