Ujarzmianie czasu

Wolny od zegara niewolnik zegarka

Albert Einstein wprowadził do obrazu Newtona istotną poprawkę - wykazał, że nie ma jednego uniwersalnego czasu dla całego kosmosu. W jego teorii względności każdy z nas ma swój własny, lokalny czas. Jest on powiązany z położeniem w przestrzeni, tworząc razem czasoprzestrzeń, która nie jest - jak u Newtona - nieruchomą sceną, na której rozgrywają się (bądź nie) wszystkie wydarzenia kosmicznego misterium. U Einsteina czasoprzestrzeń jest giętka jak guma, rozciągliwa i kurczliwa, a nawet - np. w czarnych dziurach - może zostać rozerwana. Czas może zwalniać i przyspieszać, dla kogoś dwa zdarzenia mogą być równoczesne, ale dla kogoś innego - dziać się w innym czasie.

Pan Zegar zwalnia w samolocie

Czas zwalnia, gdy się poruszamy, im szybciej, tym efekt spowolnienia jest większy. W 1971 roku dwóch amerykańskich naukowców zabrało zegar atomowy na przejażdżkę dookoła świata - samolotami pasażerskimi, najszybszym środkiem transportu dostępnym przeciętnemu człowiekowi. W trwającej ponad dwie doby podróży Mr Clock (pan Zegar - na takie nazwisko zegar miał wykupiony bilet) zwolnił o 59 miliardowych części sekundy. To niby niedużo, ale tam, gdzie w grę wchodzą precyzyjne pomiary - np. w akceleratorach, w których cząstki elementarne rozpędzają się do prędkości bliskich prędkości światła - bez uwzględnienia tego opóźnienia eksperymenty warte miliardy euro spaliłyby na panewce.

Czas spowalnia także grawitacja. Zegary na orbicie wokółziemskiej nieco się spieszą względem krewniaków na powierzchni, bo są bardziej oddalone od środka Ziemi i czują słabszą siłę ciążenia. Gdyby tego efektu nie uwzględniano we współczesnych systemach GPS, nawigacja satelitarna myliłaby się w podawanych współrzędnych o całe kilometry.

Setki eksperymentów dowiodły ponad wszelką wątpliwość, że Einstein miał rację. Nie ma jednego boskiego metronomu, który odmierza jednakowe tempo dla całego kosmicznego misterium. Mamy raczej do czynienia z symfonią, której tempo zmienia się w zależności od miejsca i otoczenia.

Rosyjski astrofizyk Igor Nowikow lubi porównywać czas do rzeki, górskiego potoku, który meandruje, raz płynie szybciej, a raz wolniej. Do rozstrzygnięcia wciąż pozostaje, czy w tej rzece czasu mogą pojawić się wiry - a więc zapętlenia, które by umożliwiały powrót do przeszłości.

Podróże w czasie. Wywiad z Igorem Nowikowem

Matematyk Kurt Gödel, który był przyjacielem Einsteina i często z nim rozmawiał w Princeton na temat teorii względności, wykazał nawet, że równania tej teorii dopuszczają istnienie wszechświatów z "pętlami czasu". Ale czy taki jest nasz Wszechświat? Tego wciąż nie wiadomo.

Choć Einstein odkrył wiele zdumiewających własności czasu, to jednak nie wyjaśnił, czym on w istocie jest. Teoria względności w pewnym sensie zrównała czas ze współrzędnymi przestrzennymi. Czas - mówi się - jest po prostu czwartym wymiarem, takim samym jak długość, szerokość i wysokość.

Co kieruje strzałką czasu?

Trudno w to uwierzyć. Podręczniki fizyki przekonują, że czas to taka sama zmienna jak współrzędne punktu na globusie czy mapie, ale to nieprawda. Możesz się przesunąć o 10 metrów w lewo lub w prawo, a spróbuj tak manipulować czasem. Nie da się. Obecnie znajduję się w punkcie zwanym "teraz" i to, co się zdarzyło nawet milisekundę wcześniej, już jest dla mnie niedostępne. Pamiętam przeszłość, czasem bardzo wyraźnie, ale nie mam do niej dostępu. Już nigdy nie wróci jako teraz. Jak mawiał Heraklit, "niepodobna wstąpić dwukrotnie do tej samej rzeki". Przeszłość odgradza się od teraźniejszości nieprzekraczalną barierą i dziś nie wiemy, jak ją pokonać i czy w ogóle da się to zrobić.

Powiedzieliśmy też, że czas płynie niczym rzeka, ale rzeka porusza się względem swych brzegów. A czas? Względem czego porusza się czas? I co takiego płynie, z jaką prędkością? Sekundy na sekundę? Przecież to nie ma sensu.

Co więcej, równania fizyki nie wyróżniają żadnego kierunku upływu czasu. Poza bardzo rzadkimi i egzotycznymi procesami (np. rozpad cząstki zwanej kaonem) wszystkie procesy mogą biec jednakowo w obu kierunkach. Ale z codziennego doświadczenia wiemy, że czas się nie waha i pędzi tylko w jedną stronę. Jak strzała wypuszczona z łuku. Problem w tym, że nikt nie wie, kto lub co kieruje strzałką czasu.

To tajemnica, która wciąż czeka na odkrywcę. Jedna z hipotez wiąże kierunek czasu ze statystycznymi prawidłami, które rządzą ruchem wielu cząstek materii. Dla każdej z nich w pojedynkę nie ma różnicy między przeszłością a przyszłością. To prawa statystki sprawiają, że razem, kolektywnie, łamią tę symetrię wobec czasu. Upuszczona filiżanka z porcelany rozbije się w drobny mak, mleko wymiesza się z kawą, a gorący kubek z wodą wystawiony zimą za okno z czasem ostygnie. To są wszystko procesy, w których biorą udział tryliony trylionów atomów. Zawsze w ten sposób. Nigdy nie widzimy, żeby działo się odwrotnie - tj. żeby kawałki porcelany same zlepiły się w filiżankę, mleko oddzieliło się od kawy, a temperatura kubka z wodą na mrozie wzrosła.

Po prostu wielka liczba cząstek zachowuje się jak bezładny tłum w stanie paniki - jest dużo bardziej prawdopodobne (w praktyce pewne), że pogłębi się mętlik i chaos, niż nagle zapanuje porządek. Matematycznie wyraża to druga zasada termodynamiki, którą popularnie przedstawia się w ten sposób, że układ izolowany i pozostawiony samemu sobie dąży do stanu coraz większego nieporządku (fachowo mówi się, że jego entropia rośnie).

Oczywiście jesteśmy w stanie zrobić porządek, ba, całe nasze życie to rozpaczliwa walka z nieporządkiem i chaosem. Kiedy ją przegramy, a w końcu przegramy, to znaczy, że jesteśmy martwi i stygniemy jak ta szklanka z wodą. Walka ze wzrostem entropii wymaga od nas pracy, zużycia energii i choć w jednym miejscu uzyskujemy poprawę, to w innym zostawiamy jeszcze większy bałagan. Termodynamiki nie da się oszukać.

Rytm życia

Termodynamiczna strzałka czasu (tak jest nazywana) byłaby więc czymś w rodzaju grupowej własności zbioru cząstek, tak jak na przykład miękkość czy twardość, które także nie mają sensu w odniesieniu do pojedynczego atomu. Stephen Hawking zauważył w "Krótkiej historii czasu", że termodynamiczna strzałka może wyjaśniać, dlaczego pamiętamy przeszłość, a nie przyszłość. Po prostu procesy zapamiętywania w mózgu, tak jak wszelkie inne kolektywne procesy, także podlegają prawu wzrostu entropii. Obrazy zapisywane w pamięci są więc zgodne z kierunkiem, w którym biegnie czas.

Wielu fizyków sądzi, że to dobre wyjaśnienie, ale przeważnie dlatego, że na razie nie ma innego.

Większość fizyków stosuje w tym wypadku wygodną zasadę "shut up and calculate", która dosłownie mówi "zamknij się i licz", czyli nie wdawaj się w filozoficzne dysputy - nieważne, czym jest czas, niech sobie na razie będzie literką "t" w równaniach, jeżeli tylko dobrze zgadzają się z rezultatami eksperymentów.

Nieliczni próbują znaleźć sposób na to, żeby - jak mówi Lee Smolin z Perimeter Institute for Theoretical Physics - "odmrozić" czas w matematycznych równaniach. Smolin uważa, że standardowa literka "t" w równaniach nie oddaje naszego doświadczenia, fizyka wciąż nie rozumie natury czasu i przegapia coś istotnego.

Są też tacy, którzy uważają, że upływ czasu jest iluzją, wytworem naszego umysłu, efektem tego, jak nasz mózg postrzega rzeczywistość, która tak naprawdę się nie zmienia. Jeśli nie byłoby nas - świadomych obserwatorów - nie byłoby też upływu czasu. Taką egzotyczną wizję czasu ma angielski fizyk Julian Barbour. Wedle niego nasze poczucie czasu byłoby - tak jak np. widzenie barw - adaptacją ewolucyjną, która dała nam przewagę w międzygatunkowej konkurencji.

Jak ludzki zegar biologiczny biłby daleko od Ziemi?

Nie jest to pozbawione racji. Rzeczywiście, rozwój naszej cywilizacji wydaje się wyraźnie związany ze stopniowym uświadamianiem sobie przez ludzi czasu i jego znaczenia. Odkryliśmy przyszłość, którą można sobie wyobrazić, zaplanować, a potem starać się świadomie zrealizować (wydaje się, że inne zwierzęta słabo sobie z tym radzą). Takim pierwszym sygnałem myślenia o przyszłości były pierwsze pochówki - oznaki rodzącego się człowieczeństwa świadczące o tym, że nasi przodkowie zaczęli sobie wyobrażać nie tylko to, co ich czeka w świecie doczesnym, ale także pozagrobowym.

Nie bez powodu pierwszym cywilizacjom, rozwojowi rolnictwa i hodowli towarzyszyły też pierwsze kalendarze. Były potrzebne, żeby można było wyznaczać najlepszy czas dla zbiorów, wojen, koronacji, ślubów etc. Starożytni Egipcjanie spostrzegli, że kiedy jesienią nastąpi heliakalny wschód Syriusza (tj. gwiazda znów stanie się widoczna na wschodzie o świcie), zapowiada to wylew Nilu, który rokrocznie zapewniał urodzajność gleby. Z tych spostrzeżeń 5 tys. lat temu narodził się gwiezdny zegar do określania czasu w nocy, a następnie 24-godzinny podział doby, który towarzyszy nam do dziś.

Zegary zaczęły wyznaczać rytm życia.

Kalendarz - klucz do sukcesu

Antropolodzy stawiają nawet tezę, że kluczem do sukcesu, jaki odniosła zachodnia cywilizacja, był kalendarz, który został przyjęty w imperium rzymskim przez Juliusza Cezara, a potem udoskonalony przez papieża Grzegorza XIII w roku 1582.

Do czasów Cezara rok był okresem dość płynnym - składał się z 12 księżycowych miesięcy (od nowiu do nowiu). Pełen rok słoneczny, czyli czas obiegu Ziemi wokół Słońca, wyznaczający istotny dla życia rytm sezonów, daty równonocy oraz przesilenia letniego i zimowego, jest o kilka tygodni dłuższy, więc Egipcjanie musieli co jakiś czas uzupełniać lata o dodatkowe dni albo i miesiące (przestępne, jak byśmy dziś powiedzieli).

Kalendarz był więc korygowany ręcznie, a często powodem korekt nie była jedynie astronomiczna potrzeba, lecz polityczne i doraźne kalkulacje (np. wydłużano rok, żeby dłużej utrzymać na stanowisku pewnych senatorów lub mieć więcej czasu na ściąganie podatków).

Reforma Cezara zlikwidowała dowolność i niepewność. Po raz pierwszy kalendarz stał się dostępny dla wszystkich jako praktyczne narzędzie planowania niezależne od kaprysu kapłanów czy polityków.

A zobaczmy, jak było np. u Majów, którzy między III a IX wiekiem naszej ery stworzyli jedno z najpotężniejszych państw Ameryki, rozwinęli rolnictwo, architekturę i astronomię, wynaleźli złożone pismo i system liczbowy. Mieli oni także rozbudowany i niezwykle precyzyjny kalendarz, ale zawłaszczyli go kapłani. Majowie kierowali się wskazaniami nieba praktycznie we wszystkich dziedzinach życia, ale tylko kapłani potrafili odczytać ze znaków niebieskich, jakie dni są pomyślne dla obrzędów religijnych i rytuałów, wróżb, uprawiania kukurydzy, małżeństwa, ciąży, wiązania sieci.

Inną - chyba nawet bardziej kluczową różnicą w podejściu do czasu - był sposób zliczania lat. Kalendarz Majów, a także wielu innych wczesnych kultur, składał się z wieloletnich cykli. Było to wyrazem wiary w to, że świat się cyklicznie odradza, ludzkie dzieje stale zataczają koło. Wszelkie zmiany w gruncie rzeczy są tylko sezonowe, bo prędzej czy później wrócimy do początku. Po skończeniu jednego cyklu kalendarz zaczynał się od nowa, odliczając lata kolejnej epoki, tak jak licznik kilometrów w samochodzie. Starożytni Majowie wierzyli, że nawet za tysiące lat świat będzie trwał jak poprzednio, bez zmian. Wbrew temu, co się kilka lat temu mówiło - koniec najdłuższego z cykli, tzw. długiej rachuby, wypadający 21 grudnia 2012 r., nie miał być końcem świata, tylko początkiem kolejnej epoki.

Kalendarz Majów. Końca świata nie będzie

Globalna synchronizacja

Nasz kalendarz ma odmienną - linearną wizję czasu, co zostało zapożyczone z kalendarza hebrajskiego, który jako pierwszy porzucił wieczne cykle. Dla Żydów dzieje świata biegły wzdłuż linii prostej - od stworzenia, przez potop, aż po wyczekiwane przyjście Mesjasza.

Rzymska rachuba czasu, a za nią nasza, jest podobna: czas się nie powtarza, co się stało, to się nie odstanie, nie ma powrotu do tego, co było. Kolejne lata oddalają nas od umownego początku (swoją drogą datę roku zerowego - narodzin Chrystusa - ustalił opat Dionisius Exiguus w 556 roku, ale się pomylił, bo Jezus narodził się pod rządami Heroda, który umarł już w 4 roku p.n.e.). Taka wizja otwartej przyszłości i pozostawionej w tyle przeszłości bardziej sprzyja zmianom, postępowi, a także rewolucjom.

Jak się okazuje, sprzyja też większemu tempu życia. Staramy się zrobić maksymalnie dużo w jak najkrótszym czasie, pędzimy. Kiedyś to godzina uchodziła za najkrótszy moment ("teraz i w godzinę śmierci naszej" - tak, zauważmy, kończy się znana modlitwa "Zdrowaś Maryjo" z XIV wieku). Dziś chwile mierzymy w sekundach, których w średniowieczu w ogóle nie znano, a czasem nawet liczą się ułamki sekundy, np. zlecenia na giełdzie papierów wartościowych czy operacje bankowe są datowane z dokładnością do milisekundy. W satelitarnych systemach nawigacji decydują zaś miliardowe części sekundy. Sekunda dla współczesnej technologii to wieczność. Najdokładniejsze zegary atomowe mają taką precyzję, że gdyby je nastawić w czasach zagłady dinozaurów, to do dziś - po 65 mln lat - nie spóźniałyby się bardziej niż o parę sekund.

Życie w różnych częściach globu staje się coraz bardziej ze sobą zsynchronizowane. Miliardy ludzi chcą w tym samym czasie oglądać transmisje meczów mistrzostw świata w piłce nożnej czy igrzyska olimpijskie. Internet, sieci komórkowe i energetyczne muszą być zgrane co do ułamka sekundy.

Doprawdy, byłoby zdumiewające, gdyby się okazało, że czas - ten tyran, który niemal całkowicie wziął nas już w swoje posiadanie - jest tylko złudzeniem.

Który rok teraz mamy?

Co za pytanie, czyż nie świętowaliśmy kilka dni temu rozpoczęcia roku 2014? Tak, ale tylko w kalendarzu gregoriańskim. A na świecie używa się dziś około 40 różnych kalendarzy!

Jest rok 4711 lub 4651

W Chinach, gdzie żyje jedna czwarta ludzkości, a także dla licznych chińskich społeczności rozsianych po całym świecie. Tam życie pulsuje w rytm tradycyjnego chińskiego kalendarza, w którym lata są liczone w cyklach 60-letnich. Najbliższy chiński nowy rok o numerze 4712 lub 4652 (w zależności od tego, jaki przyjmuje się początek) zaczyna się 5 lutego. W obecnym cyklu będzie rokiem 31 z kolei i będzie nosić znak Konia. 1 stycznia to w chińskim kalendarzu data jak każda inna - brana pod uwagę jedynie w oficjalnej sprawozdawczości i kontaktach ze światem.

Jest rok 1435

W krajach islamskich, w których kalendarz jest oparty na miesiącach księżycowych (mierzonych od nowiu do nowiu). Rok, na który składa się 12 takich miesięcy, jest zazwyczaj o 11 dni krótszy od naszego. Lata są rachowane od 622 roku naszej ery - wtedy nastąpiła hidżra, tj. ucieczka Mahometa z Mekki do Medyny. Nowy rok, 1435, rozpoczął się dla muzułmanów 3 listopada (a zakończy - 23 października).

Jest rok 1935

W Indiach, gdzie kalendarz odmierza czas od wiosennej równonocy w roku 78 naszej ery - Ery Saka. W tej chwili mają tam dopiero 1935 rok, a 22 marca rozpocznie się rok 1936.

Jest rok 5774

W kalendarzu hebrajskim, który stosują Żydzi. Lata są rachowane od momentu stworzenia świata, który zdaniem uczonych w piśmie nastąpił w 3761 roku przed Chrystusem. We wrześniu rozpoczął się w Izraelu nowy, 5774 rok z kolei.

A może 2 456 659?

To data juliańska - rachuba dni, którą chętnie posługują się astronomowie na całym świecie. Wprowadzona w XVI wieku głównie po to, żeby uniknąć dzielenia czasu na przed Chrystusem i po nim, a także aby nie przejmować się wyszczególnianiem roku i miesiąca. Jaka więc wypadła astronomom data juliańska na początek tego roku? Nieszczególna, bo 2 456 659. Tyle bowiem dni upłynęło, poczynając od 1 stycznia 4713 r. p.n.e. (niestety, nie ma tu miejsca, by wyjaśnić, skąd w głowach uczonych wziął się ten magiczny początek rachuby dni). Daty juliańskie są publikowane w rocznikach astronomicznych, istnieją też algorytmy na ich obliczanie.