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.
Найстаріший спосіб виміру часу - спостереження за циклами природи, зміною дня та ночі та пір року для укладення календаря. Більш точні прилади, такі як сонячний годинник чи механічний, зрештою з'явились та розділили час на більш зручні відрізки. Та що саме ми вимірюємо? Чи час фізично існує, чи він тільки в нашій голові? Спершу відповідь видається очевидною, звісно, час існує, він постійно навколо нас, і важко уявити всесвіт без нього.
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.
Але наше розуміння часу ускладнилось, і все завдяки Ейнштейну. Його теорія відносності каже, що час минає для всіх, але не завжди з однаковою швидкістю у різних ситуаціях, як для тих, що подорожують зі швидкістю світла, або у випадку обертання навколо гігантської чорної діри. Ейнштейн підтвердив тягучість часу, поєднуючи його з простором, аби визначити часопростір, який може вигинатись, одночасно будучи стабільним та передбачуваним.
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.
Теорія Ейнштейна підтвердила, що час переплетений з матерією всесвіту. Але є одне велике питання, яке теорія не вирішує: чому ми не можемо рухатись крізь простір у будь-якому напрямку, лише крізь час і лише в одному напрямку? Неважливо, що ми робимо, минуле завжди вперто залишається позаду. Це називається стрілою часу.
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.
Коли крапля харчового барвника падає в склянку з водою, ми інстинктивно знаємо, що барвник розпливеться, зрештою заповнюючи стакан. Уявіть все у зворотньому порядку. Ми б сказали, що час йде назад. Ми живемо у всесвіті, де барвник розчиняється у воді, а не у світі, де він збирається докупи.
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.
У фізиці це описується як другий закон термодинаміки, який каже, що системи входять в стан неспокою, або ентропії, час від часу. Системи в нашому всесвіті рухаються між порядком та хаосом, і ця властивість всесвіту визначає напрямок стріли часу.
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.
Якщо час є такою основною властивістю, він має бути в найважливіших рівняннях, які описують всесвіт, чи не так? У нас є два набори рівнянь, які керують у фізиці. Загальна відносність описує поведінку великих об'єктів, в той час, як квантова фізика пояснює дуже малі. Однією з цілей теорії фізики за останні півсторіччя є поєднати цих двох в одну основоположну "теорію всього". Було багато спроб, хоча жодна не доведена, щодо трактування часу по-різному. Досить дивно, але один з претендентів зазначив, що рівняння Вілера-ДеВітта зовсім не бере до уваги час.
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.
Як усі сучасні теорії про все, це рівняння є гіпотетичним. Але як мисленнєвий експеримент, як це чи як рівняння, виведене нашвидкоруч, виявляється істинним, чи означатиме воно, що час не існує на найбазовішому рівні? Чи може час бути ілюзією, яка провокується скінченністю шляхів, якими ми сприймаємо всесвіт? Ми ще не знаємо, але, можливо, ми неправильно про це думаємо. Замість запитувати, чи час існує як основоположна властивість, може, він існує, як те, що з'являється.
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.
Нові особливості, це те, що не існує в часточок системи поодинці, але наявне в системі в цілому. Кожна молекула води не має припливу, але океан має.
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?
Фільм створює зміни крізь час, використовуючи серії нерухомих картинок, які переходять одна в одну, безперервно змінюючись. Перемикаючись між картинками досить швидко, наш мозок сприймає потік часу через послідовність нерухомих зображень. Не самостійна схема фільму змінюється, чи вміщує плинність часу, а це властивість, яка виходить з того, як частинки переплетені. Рух справжній, але він - ілюзія. Чи може фізика часу бути такою ж ілюзією?
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
Фізики все ще досліджують ці та інші питання, отож ми ще далекі від повної відповіді.
At least for the moment.
Принаймні зараз.