Strzałka czasu

Czas płynie w jedną stronę. Fizycy mówią, że czas ma strzałkę.

Fizyka stwierdza, że istnieją dwa procesy – a raczej dwie kategorie procesów – które spontanicznie, „same z siebie”, zachodzą w jedną stronę. W skali całego Wszechświata jest to jego ekspansja: Wszechświat rozszerza się, nie zaś kurczy lub pozostaje taki, jaki jest. Proces ten zachodzi szybko, ale w naszej ludzkiej i ziemskiej skali na codzień go nie dostrzegamy, choć – co samo w sobie jest niesamowite! – możemy go z Ziemi zaobserwować i zmierzyć.

W skali codziennej w jedną stronę zachodzą nieodwracalne procesy termodynamiczne: Gaz rozpręża się do próżni, cukier rozpuszcza się w herbacie, a upuszczona na podłogę szklanka rozpada się na wiele kawałków, które „same z siebie” za nic nie chcą się na powrót połączyć. Prawie^* na pewno termodynamiczna strzałka czasu wyznacza kierunek zachodzenia procesów biologicznych, te zaś, jak wierzymy, decydują o psychologicznym postrzeganiu czasu, o tym, że pamiętamy przeszłość, nie przyszłość.
^*Piszę „prawie” z uwagi na ostrożność poznawczą.

Zachodzi ciekawe pytanie: czy te dwie kategorie procesów, ekspansja Wszechświata i termodynamiczne procesy nieodwracalne, są ze sobą jakoś powiązane? Na przykład, czy w hipotetycznym wszechświecie stacjonarnym procesów nieodwracalnych by nie było? Albo czy gdyby Wszechświat zaczął się kurczyć, cukier w gorącej herbacie spontanicznie by krystalizował?

Jeszcze trzydzieści lat temu uważano, że grawitacja w końcu zahamuje ekspansję Wszechświata i że zacznie się on kurczyć, że po Big Bangu nastąpi Big Crunch. Pytanie o to, czy w fazie kontrakcji termodynamiczne procesy nieodwracalne odwrócą swój kierunek wydawało się sensowne, choć nikt nie miał pojęcia jak na nie odpowiedzieć. W końcu Stephen Hawking w sposób niezwykle inteligentny uciekł od tego pytania: Stwierdził, że zanim Wszechświat zakończy swoją ekspansję, wpadnie w stan śmierci cieplnej i żadne procesy nieodwracalne, ani w jedną, ani w drugą stronę, nie będą zachodzić.

Kilka lat temu pojawiła się jednak hipoteza, że ekspansja Wszechświata wcale nie zwalnia, ale wręcz przeciwnie, przyspiesza! Odpowiedzialna miałaby za to być ciemna energia, substancja jeszcze bardziej tajemnicza od ciemnej materii. I choć w 2011 przyznano za to nagrodę Nobla, tak naprawdę i przyspieszona eksansja Wszechświata, i istnienie ciemnej energii pozostają nieudowodnionymi hipotezami. Ja osobiście w nie nie wierzę, choć niewątpliwie pomiar własności supernowych typu Ia w odległych galaktykach, będący podstawą, na której zbudowano hipotezę o przyspieszonej ekspansji, był bardzo piękny i subtelny i jako taki na Nobla być może zasługiwał. Jednak tłumaczenie własności tych supernowych – a konkretnie tego, że są słabsze, niż „powinny” być – przyspieszoną ekspansją nie jest jednynym możliwym wytłumaczeniem.

Załóżmy jednak, że ekspansja Wszechświata naprawdę przyspiesza, a kosmologiczna i termodynamiczna strzałki czasu są ze sobą powiązane. Można postawić ciekawe pytanie: Czy wraz z przyspieszeniem ekspansji Wszechświata, przyspieszeniu ulegną też termodynamiczne procesy nieodwracalne?