Din opplevelse av tid kan være bakover fra resten av universet

Tidstrømmen i en retning er så intuitiv, så uforanderlig, at vi tar det helt for gitt. Ting faller ikke opp; ødelagte biter ikke reassemble; mennesker blir eldre, så det går. Men tiden er fortsatt et mysterium. Fysikkligninger ser ikke ut til å ha noen preferanse for tidsriktighet - som palindromer, fungerer de like bra i begge retninger. Faktisk antas fysiske prosesser på mikroskopisk nivå å være "tidssymmetrisk", og ingen fysisk lov innebærer at tiden ikke kan strømme i motsatt retning. Så - kanskje er det?

Ludwig Boltzmann var den første som var på rekord for å komme opp med en ganske solid grunn til at tiden hadde retningsretning på makroskopisk nivå. På den måten takket Wien-fysikeren og filosofen noen av de største sinnene til 1800-tallet. Han bygde på ideene til Nicolas Léonard Sadi Carnot, den franske ingeniøren, der arbeidet med varmeoverføring først var å beskrive dampmotorens oppførsel.

Carnot var i det franske militæret under Napoleon da de mistet for briterne. Etter dette var det litt av en rivalisering mellom de to nasjonene, ikke den eneste gangen dette har skjedd. Spesielt var franskmoren opprørt at britene var så langt foran dem i dampmotor teknologi, takket være folk som James Watt i forrige århundre. Så Carnot hoppet inn i løpet og beskrev en teoretisk motor. Carnot's motor var en perfekt effektiv motor som selvsagt ikke eksisterer, men er veldig nyttig for å tenke på disse konseptene.

Hva Carnot innså er at en perfekt effektiv motor er reversibel. Så lenge du ikke mister noe energi til varme, kan du kjøre det fremover eller bakover så mye du vil uten tap. Men så snart motoren ikke er helt effektiv, hvis den til og med taper en liten bit av varme, så kan du ikke reversere prosessen lenger. Du har mistet noe av energien for alltid som varme. Dette er som å si det beste du noensinne kan gjøre er en imaginær enhjørningsmotor som har null summen entropi, men du kan aldri få negativ entropi. Og i de fleste virkelige sakene vil du bare få positiv entropi (selv om dette ordet ikke eksisterte på det tidspunktet).

Carnot ideer ble senere kodifisert og laget for å søke på naturen av Rudolf Clausius, den tyske fysikeren som fostret entropi-begrepet og med det grunnlaget for termodynamikken. Ingen av disse mennene var i stand til å forklare tid med dette konseptet, som til slutt ble kjent som termodynamikkens andre lov. Men Boltzmann, som arbeidet senere i århundret, hadde en fordel over dem. Nemlig trodde han på atomer.

Atomteori ble ikke allment tegnet på Boltzmanns dag. Kjemikere foretrukket teorien fordi det gjorde beregninger enklere, men det syntes ikke å ha så mye støtte i andre fagområder. Ved å bruke atomteorien, skjønner fysikkens lover imidlertid vår verden, uten at de trenger å bli postulert, de kan enkelt utledes. (Heat er bare for eksempel bevegelsen av atomer.) Selv om han kjempet intensivt for å bevise sine ideer på det tidspunktet, viste Boltzmann til slutt at entropi er et mål på antall måter som atomer som komponerer et objekt kan samhandle - en ting er "uorden", som vi tilfeldigvis omtrentliggjør den. Enda viktigere, viste han at entropi har directionality, i motsetning til andre ting i universet. Han skrev:

«Den generelle kampen for eksistensen av levende vesener er ikke en kamp for råvarer. Disse for organismer er luftvann og jord, som er allment tilgjengelig, og heller ikke for energi som finnes i mye i solen og en varm kropp i form av varme, men snarere en kamp for entropi, som blir tilgjengelig gjennom overgangen av energi fra den varme solen til den kalde jorden."

Denne retningsretningen er slik at entropi begynte som en lav verdi i begynnelsen av universet (av grunner ukjent), og øker kontinuerlig etter hvert som universet alder. Årsaken til dette er tilsynelatende fordi det er bare så mange flere måter atatene kan samhandle når de sprer seg ut. Det er sant at enhver fysisk prosess kan (og sannsynligvis) skje i begge retninger på mikroskopisk nivå, men fordi det bare er så mange flere alternativer for atomiske samspill (spesielt når de sprer seg ut og blir mindre ordnet), er det langt langt mer sannsynlig at ting blir mindre bestilt. I utgangspunktet, da hvert atom bryter sin bestilte interaksjon, har den potensielt hundrevis av andre interaksjoner å velge mellom, og disse valgene forandres bare ettersom andre atomer bryter sine interaksjoner. Sjansene for at et atom går rett tilbake hvor det var, er veldig, veldig lavt. Entropi beveger seg derfor fra lav til høy som universet alder.

I motsetning til andre fysiske prosesser betyr dette at entropi har en bestemt retning til den. Og det sier Boltzmann, hvor tidens pil kommer fra. Fordi ting har en tendens til å bevege seg i en retning og ikke den andre (selv om de er i stand til å bevege seg i begge deler), opplever universet retningsretning. Selve faktum at et knust glass har bare en uendelig liten sannsynlighet for å samle igjen betyr at det på makroskopisk nivå ikke er symmetri. Tiden er forskjellen mellom en stat og en annen i vårt univers. Så grunnen til at du kan bestemme hva du skal spise middag i kveld og ikke i går, er at entropien har revidert universets tilstand i mellom. Ressursene som eksisterte i går, eksisterer ikke lenger, og har gitt opphav til i dag. Det er som å si at hvert øyeblikk er forfallsproduktet fra den forrige. Så på en merkelig måte gir sannsynlighet tid.

Men vurder nå livet. En god del av det som definerer livet, er dens tendens til å motstå entropi. Så mens alt i universet beveger seg fra lavere til høyere entropi, gjør levende ting det motsatte: Vi motstår likevekt og bygger kompleksitet - som i den enkleste fysiske forstand handler om å tvinge molekyler til å samhandle på færre måter. Vær oppmerksom på at dette ikke betyr at vi bryter med den andre loven: så lenge andre elementer i systemet kompenserer de lokale reduksjonene, har hele systemet fortsatt tendens til høyere entropi. Hver dag som våre celler og organeller bygger og reparerer seg, trosser vi den primære egenskapen til fysisk materie som gir oss noe referansepunkt for tidenes fremovermarsj.

Så hvis Boltzmann hadde rett, og det eksisterer tid på grunn av denne entropiske forandringen, så er kanskje vår oppfatning av tidsforløpet det motsatte av alt annet i universet. Tiden da du vil dø er i "fremtiden", men molekylene dine vil knapt legge merke til. De kommer til å binde seg med oksygen.

Likevel er tiden relativ. Vi har blitt enige om at vår bevegelsesretning gjennom det er "fremover", men dette er, la oss innse det, vilkårlig. I forhold til alt annet i universet, kanskje dette kan være bakover. Så "universets begynnelse" kan faktisk være slutten av det. Det betyr at entropi begynte høyt, og blir mindre. Det betyr at du kan gå på tvers av øynene og sette alt sammen, men at alt fortsatt fungerer, akkurat bakover fra det vi tror skjer. Det er vanskelig å forestille seg hvordan dette kan se ut.

Hva om da ble alt vendt og reversert? Når vi bygger en klokke for å overvåke tidenes tid som teller opp sekunder, kan resten av universet se nedtelling. Det som ser ut som en soloppgang i øst og en solnedgang i vest ville være en reversering av jordens spinn i forhold til andre himmellegemer. Og den uendelige krigen vi kjører mot, har allerede skjedd. Vi er som små blips i tiden kontinuum som reverserer alle verdier, og bare oppfatte tiden går framover fordi for eons ago, biologi hacked fysikk.

Til slutt kan mitt forslag her komme ned til semantikk. Hvis tiden virkelig er forskjellen fra en stat til en annen, så er "tid" som vi vet det bare vår erfaring med forandringen, men at forandringen skjer. Tilordne det en retningsretning er litt vilkårlig. Og selv om vi kan være manifestasjon av en reversering i entropi, er det ingen åpenbar grunn til å tro at faktum ville påvirke vår oppfatning av retningen av andre endringer. Det bør være mulig å bli gjort ut av motsatt ting av alt annet - det vil si å være i live - og fortsatt se fremoverretningen i hvordan ting endres.

Konseptet med "illusjonen av tid" er ikke særlig relevant for fysikk, siden det er klart at tiden eksisterer solidt i ligningene. Matematikk er ikke tvetydig om dette. Tidsforståelsen er imidlertid mer i domenet til nevrovitenskap (selv om det er umulig å teste, noe som ikke gjør noe mer enn et fancy tankeeksperiment for tiden). På samme måte som hjernen din ignorerer det faktum at du alltid kan se nesen din, kan det også være en slags behandling som filtrerer vår oppfatning av tid.

I alle fall er ideen om at vår følelse og opplevelser av "ting som skifter", bakover fra det som et livløs objekt kan oppleve, hvis det kan oppleve noe, er en spennende, om bare et tankeeksperiment. Det begynner å trekke på selve begrepet tid, som kanskje bare er et fancy ord for "ting som skjer." Så lenge noe rundt deg skjer, kan du i hvert fall forsikre deg om at du ankommer i fremtiden, uansett hvilken retning finner du det.