A do të ecë koha prapa nëse Universi shembet?

Me çdo moment që kalon në Univers, ne vazhdimisht ecim përpara në kohë. Çdo çast i njëpasnjëshëm ia lë vendin tjetrit, me kohën që duket vazhdimisht se rrjedh në të njëjtin drejtim – përpara – pa dështuar. E megjithatë, nuk është veçanërisht e qartë pse është ky rasti. Megjithatë, nëse e kërkojmë, mund të zbulojmë se një sërë gjërash ndodhin që të lëvizin gjithmonë në të njëjtin drejtim, nga momenti në moment, pikërisht ashtu siç bën koha. Objektet lëvizin nëpër Univers në përpjesëtim me shpejtësinë e tyre. Ata ndryshojnë lëvizjen e tyre për shkak të efekteve të gravitetit dhe forcave të tjera. Në përmasa të mëdha, Universi zgjerohet. Dhe kudo që shikojmë, entropia e Universit gjithmonë rritet.

Ndërsa historia e evolucionit tonë kozmik vazhdon, ne mendojmë se të gjitha këto gjëra do të vazhdojnë: ligjet e fizikës do të zbatohen ende ashtu siç bëjnë sot, prania e energjisë së errët siguron që Universi do të vazhdojë të zgjerohet dhe entropia do të vazhdojë të rritet, pasi diktuar nga ligjet e termodinamikës. Shumë kanë spekuluar ———ndonëse nuk ka asnjë provë——që shigjeta e termodinamikës dhe shigjeta e kohës mund të kenë lidhje. Të tjerë ende kanë spekuluar se energjia e errët mund të evoluojë me kalimin e kohës, në vend që të jetë konstante, duke e lënë derën e hapur ndaj mundësisë që një ditë mund të kundërshtojë dhe të ndryshojë zgjerimin e Universit tonë. Çfarë ndodh, atëherë, nëse i bashkojmë këto spekulime?

Do të përfundonim duke imagjinuar se ndoshta Universi do të pushojë së zgjeruari, se në vend të kësaj do të fillojë të shembet dhe se më pas do të duhet të pyesim nëse kjo do të thotë që entropia mund të ulet dhe/ose koha mund të fillojë të ecë prapa? Është një mundësi mbresëlënëse dhe një mundësi që ligjet e fizikës duhet t’i përgjigjen. Le të shohim se çfarë kanë për të thënë për të gjitha!

Një nga simetritë më të rëndësishme në të gjithë fizikën njihet si simetria e kthimit të kohës. E thënë thjesht, thotë se ligjet e fizikës u binden të njëjtave rregulla, pavarësisht nëse e drejtoni orën përpara ose prapa. Ka shumë shembuj ku një fenomen, nëse e drejtoni orën përpara, korrespondon me një fenomen po aq të vlefshëm nëse e drejtoni orën prapa. Për shembull:

Një përplasje thjesht elastike, si përplasja e dy topave të bilardos, do të sillet saktësisht njësoj nëse e drejtoni orën përpara dhe prapa, deri në shpejtësinë dhe këndin në të cilin do të largohen topat.
Një përplasje thjesht joelastike, ku dy objekte përplasen me njëri-tjetrin dhe ngjiten së bashku, është saktësisht e njëjtë me një shpërthim thjesht joelastik në të kundërt, ku energjia e përthithur ose e çliruar nga materialet është identike.
Ndërveprimet gravitacionale funksionojnë njësoj përpara dhe prapa.
Ndërveprimet elektromagnetike sillen në mënyrë identike përpara dhe prapa në kohë.
Edhe forca e fortë bërthamore, e cila lidh bërthamat atomike së bashku, është identike përpara dhe prapa në kohë.

Përjashtimi i vetëm, dhe e vetmja kohë e njohur ku ajo simetri shkelet, ndodh në ndërveprimin e dobët bërthamor: forca përgjegjëse për zbërthimet radioaktive. Nëse ne e shpërfillim atë të jashtëm, ligjet e fizikës janë vërtet të njëjta, pavarësisht nëse koha shkon përpara apo prapa.

Çfarë do të thotë kjo është se, nëse përfundoni në një gjendje përfundimtare në çdo moment në kohë, ka gjithmonë një mënyrë për t’u rikthyer në gjendjen tuaj fillestare nëse thjesht aplikoni serinë e duhur të ndërveprimeve në rendin e duhur. Përjashtimi i vetëm është se, nëse sistemi juaj është mjaft kompleks, duhet të dini gjëra të tilla si pozicionet dhe momentet e sakta të grimcave tuaja me një saktësi më të mirë se sa është e mundur mekanikisht kuantike. Duke lënë mënjanë ndërveprimet e dobëta dhe këtë rregull delikate kuantike, ligjet e natyrës janë me të vërtetë të pandryshueshme për ndryshimin e kohës.

Por kjo nuk duket të jetë rasti për gjithçka që përjetojmë. Disa dukuri shfaqin qartë një shigjetë kohe, ose një preferencë për një drejtim të caktuar njëkahësh. Nëse e kapni një vezë, e thyeni, e përzieni dhe e gatuani, kjo është e lehtë; ju kurrë nuk do të zbërtheni, zhbërë dhe zhbërë një vezë, sidoqoftë, pavarësisht sa herë e provoni. Nëse e shtyni një gotë nga rafti dhe e shikoni të thyhet në dysheme, nuk do t’i shihni kurrë ato copa xhami të ngrihen lart dhe të ribashkohen spontanisht. Për këta shembuj, ekziston qartë një drejtim i preferuar për gjërat: një shigjetë në të cilën gjërat rrjedhin.

Pa dyshim, këto janë sisteme komplekse, makroskopike, që përjetojnë një grup ndërveprimesh jashtëzakonisht të ndërlikuara. Megjithatë, kombinimi i të gjitha këtyre ndërveprimeve shton diçka të rëndësishme: atë që ne e njohim si shigjeta termodinamike e kohës. Ligjet e termodinamikës në thelb thonë se ka një numër të kufizuar mënyrash që grimcat në sistemin tuaj mund të rregullohen, dhe ato që kanë numrin maksimal të konfigurimeve të mundshme —  një(at) në atë që ne e quajmë ekuilibër termodinamik – “janë ato drejt të cilave të gjitha sistemet do të priren me kalimin e kohës.

Entropia juaj, e cila është një masë se sa statistikisht i mundshëm ose i pamundur është një konfigurim i caktuar (ka shumë të ngjarë = entropia më e lartë; shumë e pamundur = entropia e ulët), rritet gjithmonë me kalimin e kohës. Vetëm nëse tashmë jeni në konfigurimin më të mundshëm dhe më të lartë të entropisë, entropia juaj do të mbetet e njëjtë me kalimin e kohës; në çdo shtet tjetër, entropia juaj do të rritet.

Shembulli im i preferuar është të imagjinoj një dhomë me një ndarës në mes: me njërën anë plot me grimca gazi të nxehtë dhe tjetrën plot me grimca gazi të ftohtë. Nëse hiqni ndarësin, të dy anët do të përzihen dhe do të arrijnë të njëjtën temperaturë kudo. Situata e përmbysur nga koha, ku ju merrni një dhomë me temperaturë të barabartë dhe ngjitni një ndarës në mes, duke marrë spontanisht një anë të nxehtë dhe një anë të ftohtë, është aq statistikisht e pamundur saqë, duke pasur parasysh moshën e kufizuar të Universit, nuk ndodh kurrë.

Por ajo që mund të ndodhte, nëse do të ishit të gatshëm t’i manipulonit këto grimca në mënyrë mjaft të ndërlikuar, është se mund të pomponi energji të mjaftueshme në sistem për t’i ndarë grimcat në të nxehta dhe të ftohta, duke ulur njërën anë që të përmbajë të gjitha grimcat e nxehta dhe tjetrën në përmbajtjen e të gjitha grimcave. ato të ftohta. Kjo ide u parashtrua rreth 150 vjet më parë dhe shkon deri te personi që unifikoi elektricitetin dhe magnetizmin në atë që ne tani e njohim si elektromagnetizëm: James Clerk Maxwell. Njihet, në gjuhën e zakonshme, si demoni i Maksuellit.

Imagjinoni që ju e keni këtë dhomë plot me grimca të nxehta dhe të ftohta, dhe ka një ndarës qendror, por grimcat janë të shpërndara në mënyrë të barabartë në të dy anët. Vetëm, ka një demon që kontrollon ndarësin. Sa herë që një grimcë e nxehtë do të përplaset me ndarësin nga ana “e ftohtë”, demoni hap një portë, duke e lënë grimcën e nxehtë të kalojë. Në mënyrë të ngjashme, demoni gjithashtu lejon që grimcat e ftohta të kalojnë nga ana “e nxehtë”. Demoni duhet të vendosë energji në sistem për ta bërë këtë, dhe nëse e konsideroni demonin si pjesë të sistemit të kutisë/ndarësit, entropia totale ende rritet. Sidoqoftë, vetëm për kutinë/ndarësin, nëse do të injoronit demonin, do të shihnit që entropia e vetëm atij sistemi kuti/ndarëse të zvogëlohej.

Me fjalë të tjera, duke manipuluar sistemin në mënyrë të përshtatshme nga jashtë, i cili gjithmonë përfshin pompimin e energjisë nga jashtë sistemit në vetë sistemin, ju mund të bëni që entropia e këtij sistemi jo të izoluar të ulet artificialisht.

Pyetja e madhe, para se të arrijmë në Univers, është të imagjinojmë se së bashku me këto grimca të nxehta dhe të ftohta, ka edhe një orë brenda sistemit. Nëse do të ishit brenda sistemit, nuk do të kishit njohuri për demonin, por do të shihnit portën duke u hapur dhe mbyllur me shpejtësi në vende të ndryshme — duket rastësisht — dhe do të përjetonit që njëra anë e dhomës të nxehet ndërsa tjetra të ftohet, çfarë do të konkludoni?

A do të dukej se koha po shkonte prapa? A do të fillonin akrepat e orës suaj të trokasin prapa në vend të përpara? A do t’ju dukej se rrjedha e kohës ishte kthyer mbrapsht?

Ne kurrë nuk e kemi kryer këtë eksperiment, por me sa mund të themi, përgjigja duhet të jetë “jo”. Ne kemi përjetuar kushte ku entropia:

u rrit me shpejtësi,
u rrit ngadalë,
ose mbeti i njëjtë,
si në sistemet në Tokë ashtu edhe për Universin në tërësi, dhe me sa mund të themi, koha vazhdon të ecë gjithmonë përpara me të njëjtin ritëm që bën gjithmonë: një sekondë për sekondë.

Me fjalë të tjera, ka një shigjetë të perceptuar të kohës, dhe ka një shigjetë termodinamike të kohës, dhe të dyja gjithmonë tregojnë në drejtimin përpara. A është kjo shkakësi? Ndërsa disa——veçanërisht Sean Carroll——spekulojnë se ato janë të lidhura në njëfarë mënyre, ne duhet të kujtojmë se është spekulim i pastër dhe se asnjë lidhje nuk është zbuluar apo demonstruar ndonjëherë. Me sa mund të themi, shigjeta termodinamike e kohës është pasojë e mekanikës statistikore dhe është një veti që u shfaq për sistemet me shumë trupa. (Mund t’ju duhen të paktën tre.) Shigjeta e perceptuar e kohës, megjithatë, duket kryesisht e pavarur nga çdo gjë që mund të bëjë entropia ose termodinamika.

Çfarë ndodh, nëse ka ndonjë gjë, kur e sjellim Universin në zgjerim në ekuacion?

Është e vërtetë që, për të gjithë kohën që nga (të paktën) Big Bengu i nxehtë, Universi është zgjeruar. Është gjithashtu e vërtetë se ndërsa koha është lineare, duke kaluar me atë shpejtësi konstante të perceptuar prej një sekonde për sekondë, shkalla me të cilën Universi zgjerohet nuk është. Universi u zgjerua shumë më shpejt në të kaluarën, po zgjerohet më ngadalë sot dhe do të asimptotë në një vlerë të fundme, pozitive. Kjo, për aq sa ne e kuptojmë, do të thotë se galaktikat e largëta që nuk janë të lidhura me gravitacion me ne do të vazhdojnë të tërhiqen nga këndvështrimi ynë, më shpejt dhe më shpejt, derisa ajo që mbetet nga Grupi ynë Lokal të jetë e vetmja gjë e mbetur që mund t’i qasemi.

Por çfarë nëse nuk do të ishte kështu? Po sikur, si në disa variante teorike të evoluimit të energjisë së errët, zgjerimi do të vazhdonte të ngadalësohej, përfundimisht të ndalonte fare, dhe më pas graviteti do të shkaktonte tkurrjen e Universit? Është ende një skenar i besueshëm, megjithëse provat nuk e tregojnë atë, dhe nëse del jashtë, Universi mund të përfundojë ende në një krizë të madhe në të ardhmen e largët.

Tani, nëse merrni një Univers që zgjerohet dhe zbatoni atë simetri të mëparshme në të — simetria e kthimit të kohës——do të merrni një Univers që tkurret prej tij. Ana e kundërt e zgjerimit është tkurrja; nëse e ktheni me kohë Universin në zgjerim, do të merrnit një Univers që tkurret. Por brenda atij Universi, ne duhet të shikojmë gjërat që ende po ndodhin.

Graviteti është ende një forcë tërheqëse, dhe grimcat që bien në (ose formojnë) një strukturë të lidhur ende shkëmbejnë energji dhe vrull përmes përplasjeve elastike dhe joelastike. Grimcat normale të lëndës do të vazhdojnë të hedhin momentin këndor dhe do të shemben. Ata ende do t’i nënshtrohen tranzicioneve atomike dhe molekulare dhe do të lëshojnë dritë dhe forma të tjera të energjisë. Për ta thënë troç, gjithçka që e bën entropinë të rritet sot do të vazhdojë të rrisë entropinë në një Univers që tkurret.

Pra, nëse Universi tkurret, entropia do të vazhdojë të rritet. Në fakt, nxitësi më i madh i entropisë në Universin tonë është ekzistenca dhe formimi i vrimave të zeza supermasive. Gjatë historisë së Universit, entropia jonë është rritur me rreth 30 rend të madhësisë; vetëm vrima e zezë supermasive në qendër të Rrugës së Qumështit ka më shumë entropi se sa kishte i gjithë Universi vetëm 1 sekondë pas Big Bengut të nxehtë!

Jo vetëm që koha do të vazhdojë të ecë përpara, me sa dimë ne, por çasti që i parapriu Big Crunch-it do të kishte jashtëzakonisht më shumë entropi sesa Universi në fillimin e Big Bengut të nxehtë. E gjithë materia dhe energjia, në ato kushte ekstreme, do të fillonin të bashkoheshin së bashku pasi të gjitha vrimat e zeza supermasive kishin filluar të mbivendosen horizontet e tyre të ngjarjeve. Nëse do të ekzistonte ndonjëherë një skenar ku valët gravitacionale dhe efektet gravitacionale kuantike mund të shfaqeshin në shkallët makroskopike, ky do të ishte ai. Me gjithë lëndën dhe energjinë e ngjeshur në një vëllim kaq të vogël, Universi ynë do të formonte një vrimë të zezë supermasive, horizonti i ngjarjeve të së cilës ishte miliarda vite dritë i gjerë.