Sąsiedni wszechświat

  • szt.
  • 32,90 zł
  • Niedostępny

BRAK MOŻLIWOŚCI ZAKUPU KSIĄŻKI. NAKŁAD WYCZERPANY.

"Twoja idea jest szalona", powiedział swemu koledze wielki fizyk Niels Bohr. "Pytanie brzmi: czy jest dostatecznie szalona, aby mogła być prawdziwa?"
Czy czas może biec wstecz? Czy w równoległych rzeczywistościach rozgrywają się wszystkie możliwe alternatywne historie? Czy możemy żyć wiecznie?
To tylko kilka z prowokujących kwestii, poruszanych przez Marcusa Chowna w jego nowej książce. Niektóre z nich wydają się bliższe fantastyce naukowej niż nauce, lecz to właśnie z takimi pytaniami zmagają się niektóre z najbystrzejszych umysłów naszych czasów.
Marcus Chown wyjaśnia rozmaite intrygujące koncepcje, które mogą się okazać zalążkiem przyszłych badań, odkryć i teorii naukowych. Dzisiejszy wszechświat jest dziwaczny i pełen tajemnic, lecz jeśli chcesz wiedzieć, co kryje w sobie wszechświat jutra, przeczytaj Sąsiedni wszechświat.

Rok wydania: 2004
Stron: 206
Oprawa: broszura
Format: 135/205
Pakowanie: 30
Tłumacz: Jacek Bieroń

Fragment tekstu:

PODZIĘKOWANIA

 

Dziękuję wszystkim, którzy mi pomogli bezpośrednio lub pośrednio, inspirowali mnie lub po prostu zachęcali w trakcie pisania tej książki. Szczególne wyrazy wdzięczności niech zechcą przyjąć: mój tato, Karen, Sara Menguc, Lindsay Symons, Kirk Jensen, Lorraine Jerram, Barbara Kiser, Gregory Chaitin, Patrick O'Halloran, Nick Mayhew-Smith, Max Tegmark, Larry Schulman, Ed Harrison, Humphrey Maris, Mark Hadley, Keith Dienes, Mike Hawkins, Robert Foot, Siergiej Gninenko, David Stevenson, Chandra Wickramasinghe, Aleksiej Archipow, sir Fred Hoyle, Allison Chown, John Cramer, Cliff Pickover, sir Martin Rees, Michael Brooks, Stephen Battersby, Andy Hamilton, Elisabeth Geake, Alex Jones, Garry Williams, David Hough, Julie Mayes, Stephen Hedges, Sue O'Malley, Pam i Mike Young, Spencer Bright, Karen Gunnell, Pat i Brian Chilver, David i Pauline Parslow, Stella Barlow, Barbara Pell, Maureen Butler i Juliet Walker. Rozumie się samo przez się, że żadna z tych osób nie ponosi odpowiedzialności za jakiekolwiek błędy.

 

 

słuchaj: sąsiedni wszechświat jest diablo piękny; chodźmy

E.E. CUMMINGS

 

 

 

SPIS TREŚCI

Przedmowa. Jutrzejsza nauka powstaje dzisiaj  11


CZĘŚĆ PIERWSZA
NATURA RZECZYWISTOŚCI

 1. Unbreak my heart  14
 2. I'm gonna live forever  28
 3. Dzielenie niepodzielnego  50
 4. Cały świat jest maszyną czasu  62
 5. Opowieści z piątego wymiaru  78


CZĘŚĆ DRUGA
NATURA WSZECHŚWIATA

 6. Dziury w niebie  96
 7. Lustrzany wszechświat 107
 8. Sąsiedni wszechświat 122
 9. Czy wszechświat stworzyły anioły? 137


CZĘŚĆ TRZECIA
ŻYCIE I WSZECHŚWIAT

10. Światy wśród gwiazd 152
11. Plaga życia 162
12. Kosmiczne śmieci 180

Glosariusz 189
Literatura uzupełniająca 203

 

 

 

PRZEDMOWA
JUTRZEJSZA NAUKA POWSTAJE DZISIAJ

Zastrzyk nowych idei stanowi największą z przysług, jakie można oddać nauce.
J.J. THOMSON

Potrzebujemy wyobraźni. Musimy znaleźć nowy obraz świata.
RICHARD FEYNMAN

Nowe idee są treścią nauki. Bez stałego dopływu nowych pomysłów - wyrzucanych wysoko w niebo niczym strzeleckie rzutki - postęp naukowy byłby niemożliwy. Jako konsultant do spraw kosmologii czasopisma "New Scientist" wielokrotnie natrafiałem na idee, których dalekosiężne skutki przyprawiały mnie o zawrót głowy. Na przykład, że czas może biec wstecz, że istnieje wiele rzeczywistości, w których rozgrywają się wszystkie możliwe historie, że nasz wszechświat został stworzony jako doktorancki eksperyment w jakimś innym świecie, zamieszkiwanym przez inne istoty.
Tego rodzaju idee stanowią próby odpowiedzi na wielkie pytania nauki. Czym jest czas? Czym jest rzeczywistość? Czy jesteśmy sami w kosmosie? Skąd pochodzi wszechświat? Pytania te odsłaniają granice naszej obecnej wiedzy i identyfikują kluczowe zagadnienia, z którymi zmagają się naukowcy.
Niniejsza książka to w zasadzie opis moich wycieczek poza granice wyobraźni. Na pierwszy rzut oka niektóre z nich mogą wydawać się szalone. Ale przecież nie tak bardzo odległe są czasy, gdy szalona wydawała się idea, zgodnie z którą czas płynie wolniej dla kogoś, kto się porusza lub znajduje w obszarze działania grawitacji. Obecnie "dylatację czasu" można zademonstrować za pomocą superdokładnych zegarów atomowych i nikt nie próbuje jej podważać. Nie tak bardzo odległe są czasy, gdy szalona wydawała się idea, zgodnie z którą atom mógłby równocześnie znajdować się w dwóch miejscach - w kategoriach codziennego doświadczenia odpowiadałoby to możliwości równoczesnego siedzenia na krześle i stania obok niego. Obecnie można to łatwo zademonstrować, a 30 procent produktu krajowego Stanów Zjednoczonych pochodzi z sektorów opierających się na wynalazkach, które eksploatują idee "teorii kwantowej".
Opinia "szalonej" nie stanowi zatem wystarczającej podstawy do odrzucenia jakiejś idei. Natura nie ma obowiązku respektowania naszej wrażliwości i zachowywania się zgodnie z naszym poczuciem zdrowego rozsądku. "Twoja idea jest szalona - powiedział swemu koledze wielki fizyk Niels Bohr. - Pytanie brzmi: Czy jest dostatecznie szalona, aby mogła być prawdziwa?"
Wyobraźnia naukowa musi oczywiście pracować w granicach znanych faktów, więc wszystkie prezentowane tu idee są oparte na faktach. Niniejsza książka jest hołdem składanym ludziom niezwykłym, twórcom niezwykłych idei, wszystkim obdarzonym odwagą i wyobraźnią, którzy próbują patrzeć poza granice widzialnego wszechświata i tworzyć jutrzejszą naukę.
Mam nadzieję, że książka ta pozwoli czytelnikowi przekonać się, w jak cudownym, niezwykłym i osobliwym wszechświecie się znajdujemy - o wiele dziwniejszym i bardziej osobliwym, niż sami bylibyśmy w stanie zbudować. Mam także nadzieję, że zachęci do własnych przemyśleń. Zatem bez dalszej zwłoki, w duchu E.E. Cummingsa: "słuchaj: sąsiedni wszechświat jest diablo piękny; chodźmy"…

 

CZĘŚĆ PIERWSZA
NATURA RZECZYWISTOŚCI


ROZDZIAŁ 1
UNBREAK MY HEART*

Wbrew wszelkim oczekiwaniom w naszym wszechświecie mogą istnieć obszary, gdzie czas biegnie wstecz


Jedzenie nie jest zbyt ciekawym zajęciem […] wybieram przybrudzony talerz, zgarniam resztki ze śmietnika i sadowię się do pospiesznej uczty. Poszczególne kawałki trafiają kolejno do ust, gdzie zaznają masażu językiem i zębami. Następnie trafiają na talerz, gdzie poddawane są obróbce nożem, widelcem i łyżką.

MARTIN AMIS, Time's Arrow

Jeżeli lecisz wstecz w czasie i widzisz kogoś pędzącego w przód do przyszłości, to lepiej unikaj kontaktu wzrokowego.

JACK HANDY


Gdzieś w przestrzeni imploduje gwiazda. Jeszcze przed chwilą rozgrzana do białości materia pędziła przez próżnię z prędkością 30 000 kilometrów na sekundę, po czym ostatnie strzępy płonących szczątków zostały z powrotem zassane przez gwiazdę. Obecnie gwiazda zaczyna długą podróż wstecz w czasie, do momentu swych narodzin w zimnej chmurze międzygwiezdnego gazu.
Czy taka sekwencja zdarzeń to nonsens? Niekoniecznie, zdaniem znanego amerykańskiego fizyka. W ostatnim tygodniu XX wieku Lawrence Schulman z Clarkson University w Nowym Jorku opublikował artykuł naukowy, w którym wykazał, że mogą istnieć obszary w naszym wszechświecie, gdzie czas biegnie wstecz. Dokładnie tak - gwiazdy implodują, rozbite jajka zamieniają się w całe, a ludzie stają się młodsi z każdą mijającą sekundą.
Ale w jaki sposób czas może biec wstecz? No cóż, najpierw musimy zrozumieć, dlaczego biegnie do przodu.


STRZAŁKA CZASU

Kierunek upływu czasu jest zwykle kojarzony ze starzeniem się i rozpadaniem. Wyobraźmy sobie dwie fotografie kubka do kawy. Na jednej z nich kubek jest cały, na drugiej - rozbity na drobne kawałki. Które zdjęcie zostało wykonane później? Oczywiście to, na którym kubek jest rozbity. Bez żadnych wątpliwości każdy skojarzy "przeszłość" z nieuszkodzonym kubkiem, a "przyszłość" z rozbitym. Codzienne doświadczenie uczy, że kubki nie sklejają się samorzutnie w całość. Ale właściwie dlaczego?
Odpowiedź nie jest bynajmniej oczywista. Podstawowe prawa fizyki, zarówno te, które rządzą całym wszechświatem, jak i te, które rządzą atomami składającymi się na kubek do kawy, mają pewną uderzającą właściwość - są niemal dokładnie odwracalne w czasie. Innymi słowy, każdy proces, który może zachodzić w pewien określony sposób, może także zachodzić w sposób przeciwny. Na przykład atom może wyemitować foton i może także pochłonąć foton. Gdyby ktoś pokazał nam to na filmie, nie potrafilibyśmy stwierdzić, czy film został puszczony do przodu czy wstecz. Oba zdarzenia będą się wydawać jednakowo prawdopodobne.
W świetle powyższych rozważań można znacznie precyzyjniej postawić pytanie, dlaczego kubki do kawy nie sklejają się same z kawałków. Dlaczego kierunek upływu czasu staje się widoczny, gdy atomy łączą się ze sobą, aby utworzyć kubek, skoro poprzednio stwierdziliśmy, że procesy z udziałem atomów nie wyznaczają kierunku czasu? Odpowiedź wiąże się z faktem, że kubek rozbity może istnieć na znacznie więcej sposobów niż kubek cały.
Zastanówmy się, na ile możliwych sposobów można rozbić kubek do kawy. Na jeden duży kawałek i dziesięć małych. Na dwa duże kawałki i szesnaście małych. Na dwa duże kawałki, dwanaście małych i mnóstwo ceramicznego pyłu… Widać już, do czego zmierzam. Kubek można rozbić na bardzo wiele sposobów. A na ile sposobów kubek może istnieć w postaci nieuszkodzonej? Oczywiście na jeden i tylko jeden. Jeżeli prawdopodobieństwa wszystkich możliwych sposobów istnienia kubka są jednakowe, szansa na to, aby od stanu rozbitego przeszedł do stanu nieuszkodzonego, jest niezwykle mała, ponieważ liczba możliwych stanów rozbitych jest ogromna. Gdy w zbiór kawałków rozbitego kubka uderzymy młotkiem, nie jest całkowicie niemożliwe, aby fragmenty wskoczyły z powrotem na swoje miejsca i utworzyły ponownie kubek. Jest to jednak niezwykle mało prawdopodobne. Na takie zdarzenie trzeba by czekać o wiele dłużej, niż wynosi wiek wszechświata.
"Łatwo rozbić kubek, lecz złożenie go z powrotem z kawałków jest trudne lub wręcz niemożliwe - mówi Schulman. - Łatwiejszy kierunek fizycy nazywają strzałką czasu"1.
Strzałka czasu wyznacza zatem kierunek procesów rdzewienia metalu, popadania średniowiecznych zamków w ruinę, starzenia się i umierania ludzi. Wszystkie te procesy mają jedną wspólną cechę; jest to zmiana od stanu względnego porządku do stanu względnego nieporządku. I każdy z tych procesów zachodzi z jednej i tej samej przyczyny: istnieje znacznie więcej nieuporządkowanych stanów danego ciała niż stanów uporządkowanych. Pomijając inne czynniki, stany nieuporządkowane w końcu przeważą i w nieunikniony sposób zapanuje chaos.
Fizycy mają specjalny sposób mierzenia nieporządku. Używają w tym celu pewnej wielkości, zwanej entropią. Entropia kubka do kawy stanowi wygodną miarę całkowitej liczby sposobów rozbijania go. Gdy kubek zostanie rozbity i stanie się bardziej nieuporządkowany, fizycy mówią, że jego entropia wzrosła. To stwierdzenie zostało zresztą uogólnione w jedno z podstawowych praw fizyki: drugie prawo termodynamiki. Prawo to mówi, że entropia może jedynie rosnąć lub w najlepszym razie pozostaje stała, lecz nie może się zmniejszać2. Strzałka czasu, zwana niekiedy termodynamiczną strzałką czasu, jest zatem związana z kierunkiem wzrostu entropii.


WARUNKI POCZĄTKOWE/KOŃCOWE

Powyższe rozumowanie opiera się na pewnym założeniu: że ciało - czy będzie to kubek do kawy, gwiazda, czy istota ludzka - zaczyna od określonego stanu uporządkowanego, lecz ma całkowitą swobodę wyboru jednego z wielu stanów końcowych. "Taki jest kontekst drugiego prawa termodynamiki, które decyduje o tym, że ciała się rozpadają i starzeją - mówi Schulman. - Istnieją jednak sytuacje, w których prawo nie działa".
Ograniczenie polegające na tym, że początkowo kubek do kawy istnieje w postaci nieuszkodzonej, fizycy nazywają warunkiem początkowym. "Okazuje się, że istnienie warunków początkowych i brak ograniczenia warunków końcowych gwarantuje wzrost nieuporządkowania z czasem - mówi Schulman. - Prowadzą one do sekwencji zdarzeń, które kojarzymy z normalną strzałką czasu".
Co będzie jednak, gdy warunek zostanie nałożony na ciało pod koniec, a nie na początku? Gdy istnieją warunki końcowe, a nie początkowe? W pierwszej chwili brzmi to całkowicie absurdalnie. W przypadku kubka do kawy oznaczałoby to na przykład, że początkowo rozbity kubek stanie się na powrót cały.
Warunki końcowe nie są jednak tak niedorzeczne, jak mogłyby się wydawać. Wyobraźmy sobie na przykład grupę londyńczyków, którzy zapisali się na kurs języka hiszpańskiego odbywający się raz w tygodniu wieczorem. W ciągu tygodnia każdy z nich pracuje gdzie indziej, obraca się we własnym kręgu znajomych i na ogół znajduje się w innej części miasta. Przez cały okres trwania kursu w każdym tygodniu istnieje jednak warunek końcowy w życiu członków grupy: w piątek o siódmej wieczorem wszyscy znajdą się w tym samym pomieszczeniu i będą się uczyć hiszpańskiego3.
STRZAŁKA CZASU A KOSMICZNA EKSPANSJA

Czy jest możliwe, że nasz wszechświat ewoluuje w taki sposób, jakby istniał określony warunek końcowy? Odpowiedź jest prosta: nikt tego nie wie. Taki warunek mógłby istnieć na przykład w sytuacji, gdyby wszechświat ewoluował od wielkiego wybuchu do wielkiego kolapsu. Wszechświat rozszerzałby się od gorącego, wysoce skompresowanego stanu w odległej przeszłości - wielkiego wybuchu - po czym pewnego dnia zacząłby się kurczyć do czegoś w rodzaju lustrzanego odbicia wielkiego wybuchu, czyli wielkiego kolapsu. Jeżeli rzeczywiście żyjemy w takim wszechświecie, to materia być może ulega silniejszym ograniczeniom, niż moglibyśmy naiwnie sądzić. Na przykład galaktyki, takie jak nasza Droga Mleczna, muszą poruszać się w przestrzeni zgodnie z warunkami nałożonymi przez "przyszłą pamięć" wszechświata, gdy wraz z nim zostaną w fazie kolapsu ściśnięte z powrotem w niewielkiej przestrzeni, podobnie jak uczestnicy kursu języka hiszpańskiego są ograniczeni przez konieczność przybycia na lekcję w piątek wieczorem. "W takich sytuacjach, gdy istnieje warunek końcowy, nieporządek może się ostatecznie zamienić w porządek - mówi Schulman. - Innymi słowy, może istnieć wsteczna strzałka czasu!"
Jako pierwszy - w 1958 roku - zwrócił na tę możliwość uwagę astronom Thomas Gold z Cornell University. Jego argumenty okazały się błędne, lecz do takiego samego wniosku doszedł w latach siedemdziesiątych minionego wieku Schulman, który podał bardziej rygorystyczne rozumowanie. Schulman zdołał wykazać, że strzałka czasu w fazie kurczenia się wszechświata będzie skierowana wstecz, jeżeli tylko wielki kolaps będzie stanem uporządkowanym4. Innymi słowy, gdy wszechświat kurczy się w fazie wielkiego kolapsu, zimne obiekty stają się gorące, świece i gwiazdy pochłaniają światło, a żywe istoty zaczynają od grobu, a kończą w kołysce.
Jeszcze dziwniejszy jest fakt, że ktokolwiek będzie świadkiem kurczenia się wszechświata, nie dostrzeże niczego niezwykłego. "Ze względu na odwrotną strzałkę czasu będą wszystko widzieć wstecz w czasie - twierdzi Schulman. - Wszechświat kurczący się wstecz w czasie to nic innego jak rozszerzający się wszechświat. Ewentualni mieszkańcy przyszłego, kurczącego się wszechświata będą w istocie postrzegać wszechświat tak, jakby się rozszerzał, czyli podobnie jak my!"
Prawdziwie zadziwiający jest związek strzałki czasu z aktualnym stanem wszechświata jako całości: z kurczeniem się lub rozszerzaniem. Obecnie wszechświat się rozszerza, a jego galaktyki rozbiegają się jak odłamki kosmicznego szrapnela. "To jest ostateczna przyczyna tego, że twoja kawa stygnie, zamiast się rozgrzewać. Ponieważ kwazar 3C273 od nas ucieka" - wyjaśnia Schulman.
Przypomnijmy jeszcze raz, że dla kubków do kawy i innych ciał strzałka czasu jest skierowana tak, jak jest, ponieważ zaczynają one swoje istnienie w stanie uporządkowanym. Wynika z tego, że wszędzie wokół nas strzałka czasu jest skierowana tak, a nie inaczej, ponieważ cały wszechświat musiał zacząć się od stanu uporządkowanego. Możemy sobie zresztą wyobrazić ten stan. Wszechświat się rozszerza, więc w przeszłości musiał być mniejszy. Jeżeli wyobrazimy sobie ekspansję wszechświata biegnącą wstecz w czasie, jak film puszczony od tyłu, to dojdziemy do momentu - około 12 do 14 miliardów lat temu - gdy cały wszechświat był skompresowany do bardzo, bardzo małej objętości. Był to początek czasu - wielki wybuch. Ostatecznym powodem, dla którego kawa stygnie, ludzie się starzeją, a tynk odpada z budynków, jest zatem to, że w fazie wielkiego wybuchu wszechświat znajdował się w wyjątkowo uporządkowanym stanie. A dlaczego tak było? No cóż, jeżeli potrafimy odpowiedzieć na to pytanie, czeka nas Nagroda Nobla.


WSPÓŁISTNIENIE PRZECIWNIE SKIEROWANYCH STRZAŁEK CZASU

W powyższych wywodach nie ma nic szczególnie kontrowersyjnego, co zresztą nikogo nie dziwi. Fizycy od dawna wiedzieli, że strzałka czasu może być skierowana albo w przód, albo wstecz. Wybór kierunku stanowi konsekwencję warunków początkowych lub końcowych, czyli istnienia ograniczeń w przeszłości lub w przyszłości. Dotychczas prawie nikt nie rozważał jednak możliwości współistnienia obszarów, gdzie czas biegnie wstecz, z obszarami, w których strzałka czasu jest skierowana do przodu. Obszar wstecznej strzałki czasu byłby po prostu zbyt wrażliwy i zbyt łatwy do zniszczenia. "Wyobraź sobie grę w bilard, w której kule układane są w regularny trójkąt, następnie trafia w nie biała kula, po czym wszystkie rozbiegają się po całym stole - proponuje Schulman. - A teraz zastanów się, jak będzie wyglądał ten sam scenariusz wstecz w czasie".
Według Schulmana, jeżeli kule mają się precyzyjnie trzymać trajektorii, które zaprowadzą je na odpowiednie miejsca w trójkącie, niezbędna jest niewiarygodnie precyzyjna koordynacja ich ruchów. Nawet najsłabsze oddziaływanie z obszarem o normalnej strzałce czasu - na przykład ciche westchnienie podziwu ze strony kogoś, kto obserwuje zbiegające się kule - może zaburzyć powietrze dostatecznie mocno, aby wszystko zniweczyć. "Z tego powodu ludzie argumentowali, że wsteczna strzałka obszarów o odwróconym upływie czasu byłaby natychmiast niszczona przez oddziaływania z obszarami z normalnym czasem - mówi Schulman. - Słyszałem nawet stwierdzenia, że potrącenie elektronu w pobliżu Syriusza wystarczyłoby do zniszczenia procesu ze wsteczną strzałką czasu na Ziemi"5.
"W tym rozumowaniu tkwi jednak fundamentalny błąd - twierdzi Schulman. - Zakładając, że obszar z normalną strzałką czasu może zniszczyć wsteczną strzałkę, ludzie zakładają jednocześnie, że obszar z normalnym czasem jest w jakiś sposób uprzywilejowany. Tak nie jest. Sytuacja jest całkowicie symetryczna. W rzeczywistości obszar z odwróconą strzałką czasu jest równie podatny na jej zniszczenie jak obszar z normalną strzałką. Wszystko, co możemy stwierdzić, to fakt, że jeżeli oba obszary oddziałują ze sobą, ich strzałki czasu mogą albo równocześnie zostać zniszczone, albo przetrwać".
Większość fizyków postawiłaby dużą stawkę na pierwszą możliwość. Idea współistnienia obszarów o przeciwnych strzałkach czasu była po prostu zbyt absurdalna, aby ją poważnie brać pod uwagę. Schulman pokazał jednak, za pomocą prostego modelu komputerowego, że większość fizyków była w błędzie. Dopóki dwa obszary oddziałują dostatecznie słabo, obie strzałki czasu mogą przetrwać.
Równania Schulmana opisują w zasadzie model gazu zamkniętego w pudle, a właściwie dwóch gazów, z których każdy znajduje się w oddzielnym pudle. W pierwszym cząstki gazu są początkowo skupione w jednym kącie pudła, a w miarę upływu czasu rozprzestrzeniają się na cały obszar pudła. Taka zmiana od porządku do nieporządku stanowi kluczową cechę normalnego upływu czasu. W drugim pudle cząstki gazu są początkowo rozmieszczone w całej jego objętości, lecz w miarę upływu czasu dochodzą do stanu uporządkowanego w jednym kącie pudła. Gaz przechodzi od stanu nieuporządkowanego do uporządkowanego, więc ma odwróconą strzałkę czasu.
Ustawiwszy przeciwne strzałki czasu w obu pudłach, Schulman pozwolił im oddziaływać. Innymi słowy, w swoim komputerowym modelu uwzględnił fakt, że zdarzenia w jednym pudle mogą w pewnym niewielkim stopniu wpływać na to, co się dzieje w drugim pudle.
Zgodnie z powszechnie przyjętym punktem widzenia jakiekolwiek oddziaływanie między gazami powinno zniszczyć obie strzałki czasu, to znaczy oba gazy powinny osiągnąć stan maksymalnie nieuporządkowany. Po osiągnięciu tego stanu nie ulega on już dalszym zmianom, więc gaz w takim stanie w zasadzie nie ma strzałki czasu. Schulman odkrył jednak, że żadna z dwóch strzałek nie została zniszczona. Wbrew powszechnym oczekiwaniom obie strzałki czasu są dostatecznie odporne, aby przetrwać słabe oddziaływanie.
Konsekwencje tego odkrycia są godne szczególnej uwagi. "Mogą istnieć obszary w naszym wszechświecie, być może niezbyt odległe od nas, w których czas płynie wstecz - twierdzi Schulman. - Innymi słowy, są to miejsca, gdzie jajka samorzutnie się sklejają, mleko oddziela się od kawy, a ludzie stają się młodsi z każdym upływającym dniem".

 

JAK ZOBACZYĆ OBSZAR O ODWRÓCONEJ STRZAŁCE CZASU

Odkryta przez Schulmana możliwość słabego oddziaływania obszarów o przeciwnym upływie czasu bez zniszczenia ich strzałek czasu stanowi rzecz godną uwagi. Schulman pokazał jednak coś jeszcze: "Ludzie z tych obszarów mogą się nawzajem zobaczyć".
Pytanie, czy możemy zobaczyć obszar z odwróconym czasem i vice versa, jest równoważne pytaniu, czy można w matematycznie spójny - czyli niesprzeczny - sposób opisać światło biegnące tam i z powrotem między obu obszarami! Schulman odkrył, że w istocie taki sposób istnieje. "Nie ma absolutnie żadnych przeszkód, które uniemożliwiłyby nam zobaczenie obszaru z odwróconym czasem, gdzie światło wraca do swego źródła. Mieszkańcy takiego obszaru mogą także widzieć nas - twierdzi Schulman. - W każdym przypadku mamy do czynienia z normalną transmisją i absorpcją światła. My będziemy ich widzieć w coraz wcześniejszych momentach czasu według naszych zegarów, a oni będą widzieć nas w coraz wcześniejszych momentach czasu według swoich zegarów".
W znanej powieści Martina Amisa Time's Arrow nazistowski zbrodniarz wojenny powraca w czasie do okresu swoich przestępczych czynów. Dla Amisa ta biegnąca wstecz rzeka czasu stanowiła jedynie formalną sztuczkę, dzięki której powieść nabiera straszliwego pędu, w miarę jak zbliża się nieunikniony finał w Oświęcimiu. Schulman odkrył, że jeśli świat opisany przez Amisa rzeczywiście istnieje, to nic - przynajmniej w zasadzie - nie powinno nam uniemożliwić zobaczenia go. "Moglibyśmy obejrzeć jego historię wstecz w czasie dokładnie tak jak puszczony od końca film".
Schulman pokazał wprawdzie, że możliwość obserwacji obszaru z odwróconą strzałką czasu nie grozi żadnymi poważnymi konsekwencjami, lecz pewne subtelne paradoksy nadal pozostają nierozwiązane. Wyobraźmy sobie następujący scenariusz. Obserwator znajdujący się w obszarze z normalnym czasem - niech to będzie osoba o imieniu Alicja - widzi przez otwarte okno, że deszcz zamoczył dywan w domu Boba, który mieszka w obszarze z odwróconym  czasem. Alicja może zaczekać do momentu, gdy deszcz jeszcze nie zaczął padać w obszarze Boba, po czym poprosić Boba, żeby zamknął okno. Lecz jeżeli Bob zamknie okno, jego dywan pozostanie suchy. Jeżeli dywan będzie suchy, to Alicja nie będzie miała powodu, żeby wołać Boba… Czy zatem dywan będzie suchy czy mokry? Schulman sądzi, że "paradoks dywanu" zniknie, jeżeli cały problem zostanie poprawnie sformułowany.
Jedna z możliwości polega na tym, że paradoks powstaje wyłącznie w wyniku działania warunków początkowych i końcowych. "Jeżeli nałoży się takie warunki, może się okazać, że opisane zdarzenia po prostu nie zajdą. Ujmując rzecz w kategoriach matematycznych, dane zdarzenie nie stanowi rozwiązania problemu - twierdzi Schulman. - A jeżeli zdarzenie nie zajdzie, to nie trzeba się obawiać związanego z nim paradoksu".
Inną możliwością jest zajście jakiegoś pośredniego zdarzenia, które "zmyje" paradoks. "Może Alicja widzi otwarte okno i krzyczy do Boba, lecz wiadomość zostaje zniekształcona i Bob nie domyka okna całkowicie" - sugeruje Schulman.
Jeden ze scenariuszy przebiega następująco. "Alicja widzi niedomknięte okno i mokrą plamę na dywanie - mówi Schulman. - Czy powinna zawiadomić Boba? Waha się przez chwilę, po czym postanawia wysłać wiadomość: "Gdyby miało padać, to chyba powinieneś zamknąć okno". Bob, który lubi świeże powietrze, dochodzi do wniosku, że wiadomość nie jest zbyt przekonująca. W rezultacie nie zamyka okna całkowicie, lecz zostawia małą szparę, mimo przewidywanego deszczu. To jest samouzgodnione rozwiązanie".


W JAKI SPOSÓB MOŻE POJAWIĆ SIĘ ODWRÓCONA STRZAŁKA CZASU?

Odkrycie, że przeciwne strzałki czasu mogą współistnieć w naszym wszechświecie, otwiera możliwość istnienia obszarów ze wstecznym czasem we względnie bliskiej odległości od nas. Schulman sądzi, że takie obszary mogą istnieć nawet w naszej Galaktyce. Nasuwa się zatem pytanie: W jaki sposób te obszary powstały? Ostatecznie, nawet jeżeli żyjemy we wszechświecie wielkiego wybuchu i wielkiego kolapsu, obszary z odwróconym czasem z pewnością znajdują się w fazie kontrakcji, która nastąpi przecież w bardzo odległej przyszłości.
Jednak i w tej kwestii nasze naiwne oczekiwania mogą się okazać błędne. Zdaniem Schulmana we wszechświecie wielkiego wybuchu i wielkiego kolapsu pozostałości fazy eskpansji, wraz z jej biegnącym do przodu czasem, mogą przetrwać do fazy kontrakcji. "Na tej samej zasadzie pozostałości fazy kontrakcji, wraz z jej biegnącym wstecz czasem, mogą przecież przetrwać do fazy ekspansji".
Powyższe stwierdzenie podkreśla istotną właściwość strzałki czasu we wszechświecie wielkiego wybuchu i wielkiego kolapsu. W fazie ekspansji czas biegnie do przodu, w przyszłej fazie kontrakcji - wstecz, lecz nie oznacza to przecież, że kierunek czasu ulegnie raptownej zmianie w punkcie "zwrotnym", gdy ekspansja wszechświata ostatecznie się zakończy i zacznie się kontrakcja! Gdyby tak się stało, wszystkie eksplodujące gwiazdy musiałyby raptownie zacząć implodować, a wszystkie istoty żywe musiałyby przestać się starzeć i zacząć się cofać do swoich narodzin. Według Schulmana nic takiego się nie zdarzy. Punkt zwrotny nie będzie punktem w dosłownym znaczeniu, lecz będzie raczej łagodnym procesem, w trakcie którego przeciwna strzałka czasu rozprzestrzeni się stopniowo. "Strzałka czasu będzie się zmieniać w bardzo długim czasie - twierdzi Schulman. - Świadome swego istnienia istoty nie zauważą żadnej zmiany, chyba że sięgają pamięcią mniej więcej tak daleko, ile wynosi czas życia wszechświata".
Ten powolny charakter zmiany od jednej strzałki czasu do drugiej stanowi powód, dla którego odosobnione obszary mogą zachować swą biegnącą do przodu strzałkę nawet przez długie okresy w fazie kontrakcji. Na podobnej zasadzie odosobnione obszary mogą zachować przeciwnie skierowaną strzałkę nawet przez długie okresy w fazie ekspansji. To jest najbardziej intrygująca możliwość. Gdyby w takich obszarach istniały świadome istoty, informacje przechowane przez te istoty pozwoliłyby nam poznać własną przyszłość.
Jeżeli idea przechowania i przeniesienia czegoś z przyszłości do przeszłości brzmi nonsensownie, to warto zwrócić uwagę, że z punktu widzenia istoty żyjącej w fazie kontrakcji i doświadczającej przeciwnej strzałki czasu niż nasza takie obszary byłyby przenoszone do przyszłości. Jak mówi Schulman, "Panuje tu idealna symetria".
Kiedy zatem dojdzie do punktu zwrotnego? Jeżeli rzeczywiście żyjemy we wszechświecie wielkiego wybuchu i wielkiego kolapsu, faza ekspansji może trwać nawet dłużej niż 100 miliardów lat. To znacznie więcej niż czas życia takich gwiazd jak Słońce, które żyją około 10 miliardów lat. W rezultacie jakikolwiek reliktowy obszar z odległej przyszłości, który przetrwał do dzisiaj, musi pochodzić z tak odległej epoki, że wszystkie jasne gwiazdy już dawno wyczerpały swoje paliwo i zgasły, a więc taki obszar powinien być ciemny. Z pewnością bylibyśmy zachwyceni możliwością zobaczenia implodujących gwiazd, lecz najprawdopodobniej będziemy mogli jedynie wykryć taki reliktowy obszar dzięki jego grawitacyjnemu oddziaływaniu na widoczne gwiazdy i galaktyki w sąsiedztwie. Z pozoru nie jest to ekscytująca perspektywa, lecz wiąże się z nią pewna godna uwagi możliwość.
Około 90 procent materii we wszechświecie w ogóle nie emituje światła. O obecności tej tak zwanej ciemnej materii wnioskujemy wyłącznie na podstawie jej grawitacyjnego oddziaływania na gwiazdy i galaktyki, które wpływa na sposób poruszania się widzialnej materii w przestrzeni. Istnieją dosłownie setki propozycji wyjaśnienia natury tej tajemniczej ciemnej materii, lecz z pewnością żadna z nich nie jest równie szalona jak pomysł Schulmana: "Część tajemniczej ciemnej materii wszechświata może stanowić materia z odwróconym czasem pochodząca z przyszłości. Należy podkreślić, że jest to bardzo, bardzo spekulatywna hipoteza".
Inna, niemal równie ekstrawagancka możliwość polega na tym, że w ciągu 12 do 14 miliardów lat, które upłynęły od wielkiego wybuchu, większość materii wszechświata - ściśle rzecz biorąc, 90 procent - uległa kolizji z pochodzącą z przyszłości materią z odwróconym czasem. "Takie kolizje utworzyłyby materię w stanie "równowagi", czyli materię pozbawioną kierunku czasu - spekuluje Schulman. - Materia taka może się zachowywać bardzo podobnie do ciemnej materii".


CZASOWA ZASADA KOSMOLOGICZNA

A jeżeli nie żyjemy we wszechświecie wielkiego wybuchu i wielkiego kolapsu? Najnowsze obserwacje astronomiczne zdają się wskazywać, że połączona grawitacja wszystkich galaktyk, przyciągających się nawzajem, może nie wystarczyć, żeby zahamować i ostatecznie odwrócić ekspansję wszechświata. Jeżeli tak jest naprawdę - a obecnie nikt nie potrafi tego potwierdzić - galaktyki będą się zawsze oddalać od siebie i nigdy nie nastąpi wielki kolaps na końcu czasu. "Jednak wszechświat z fazą kontrakcji to tylko jeden z możliwych scenariuszy powstawania odwrotnych strzałek czasu - uważa Schulman. - Naprawdę niezbędny jest warunek końcowy: przyszłe ograniczenie stanu wszechświata".
Zdaniem Schulmana nie jesteśmy obecnie w stanie wyobrazić sobie, jak miałby wyglądać taki warunek końcowy. Mglista znajomość ostatecznych praw fizyki nie daje nam w zasadzie żadnych podstaw do przewidywania przyszłości wszechświata z jakąś rozsądną pewnością6. "Być może obszary z przeciwną strzałką czasu powstają z tej samej tajemniczej przyczyny co obszary ze strzałką skierowaną do przodu - mówi Schulman. - My przecież dotychczas nie wiemy, dlaczego wszechświat zaczął się w tak wysoce uporządkowanym stanie, niezbędnym do zaistnienia normalnej strzałki czasu".
W tym miejscu nasuwa się myśl, że być może nie ma nic szczególnego w obserwowanym przez nas kierunku upływu czasu. Uważamy go za normalny po prostu dlatego, że jest taki, jaki jest, w naszym kawałku wszechświata. "Być może na jakimś fundamentalnym poziomie wszechświat dopuszcza oba kierunki czasu" - mówi Schulman.
Schulman dokonał również cennego spostrzeżenia: dwie strzałki czasu są pod wieloma względami równoważne. Osoba żyjąca w fazie kontrakcji wszechświata doświadczałaby przeciwnej strzałki czasu, a zatem postrzegałaby kontrakcję jako ekspansję, dokładnie tak jak my. To, co z naszej perspektywy wygląda jak wielki kolaps na końcu czasu, z jej perspektywy wyglądałoby jak wielki wybuch na początku czasu. I odwrotnie, nasz wielki wybuch byłby jej wielkim kolapsem! Nasuwa się oczywiście pytanie, skąd mamy pewność, że nie żyjemy w fazie kontrakcji. Skąd wiemy, że nasza kawa stygnie, a nie rozgrzewa się? Prosta odpowiedź brzmi: nie możemy tego wiedzieć! Jeden z wniosków, jakie wynikają z publikacji Schulmana, to właśnie spostrzeżenie, że nie ma nic szczególnego w naszym kierunku strzałki czasu - wszystko wyglądałoby prawdopodobnie tak samo, gdyby strzałka była skierowana przeciwnie.
Wygląda na to, że im lepiej rozumiemy ideę strzałki czasu, tym lepiej zdajemy sobie sprawę, że w istocie dopiero zaczynamy pojmować całą koncepcję. Przekonaniu temu dał wyraz matematyk Gregory Chaitin z Ośrodka Badawczego im. Thomasa J. Watsona firmy IBM w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork: "Mimo licznych zapewnień ze strony wybitnych fizyków zawsze byłem przekonany, że nikt nie rozumie strzałki czasu".

*

Musimy zatem brać pod uwagę hipotezę Schulmana, że nie istnieje wyróżniona strzałka czasu. Jeżeli to prawda, to przyszłość nie jest taka, jaka była dotychczas. W powieści Posłaniec* L.P. Hartley napisał: "Przeszłość to obca kraina, wszystkie jej wydarzenia mają inne wymiary". Być może jednak Hartley był w błędzie. Historia będzie miała zupełnie inny sens, jeżeli się okaże, że może to być zarówno historia przeszła, jak i przyszła.
Postrzeganie historii w takiej podwójnej perspektywie samo w sobie wystarczy, żeby wielu z nas zaczęło się kręcić w głowie. Może się jednak okazać, że to nie wszystko. Według młodego szwedzkiego fizyka, Maksa Tegmarka, nie istnieje jedna historia, lecz nieskończenie wiele różnych historii, a w każdej z nich żyje inna wersja każdego z nas.