Zašto vreme teče samo u jednom smeru? Zašto pamtimo prošlost, a ne budućnost? Zašto se čaše lome, ali se nikada same ne sastavljaju od krhotina? Odgovor na jedno od najdubljih pitanja kosmosa — zašto se sećamo juče, a ne sutra — ne krije se u zvezdama, već u čađi i pari industrijske revolucije.
Ovaj tekst će objasniti zašto je strela vremena jednosmerna koristeći jednostavnu, ali moćnu analogiju sa zamkom od peska, kako ju je opisao fizičar Brajan Koks. Kroz ovu analogiju, otkrićemo kako je potreba za efikasnijim motorima razotkrila jednu od najfundamentalnijih tajni univerzuma.
Sve počinje od parnih mašina: Rođenje termodinamike
U 19. veku, inženjeri su bili suočeni sa vrlo praktičnim problemom: kako napraviti efikasnije parne mašine. Pitanja poput "koliko vruća treba da bude vatra?" ili "koju tečnost treba koristiti za paru?" bila su ključna za industrijsku revoluciju. Iz ovih praktičnih potreba nastala je potpuno nova grana nauke: termodinamika.
Tada su koncepti poput toplote, temperature i energije prvi put ušli u naučni rečnik. Međutim, iz ovih inženjerskih pitanja proizašao je zakon koji je prevazišao fabrike i mašine, postavši najvažniji zakon za razumevanje vremena: Drugi zakon termodinamike.
Upoznajte Entropiju: Mera nereda u univerzumu
Srž Drugog zakona termodinamike čini jedan radikalno nov koncept koji se zove entropija. Najjednostavnije rečeno, entropija je mera na koliko načina možemo preurediti delove nekog sistema, poput zrnaca peska, a da sistem suštinski ostane isti.
- Visoka entropija (veliki nered): Zamislite gomilu peska. Postoje bilioni i bilioni načina na koje možete preurediti pojedinačna zrnca peska, a da ona i dalje ostane samo gomila peska. Njen oblik se suštinski ne menja. Zato kažemo da gomila peska ima visoku entropiju.
- Niska entropija (veliki red): Sada zamislite da od istog tog peska napravite zamak. U ovom slučaju, postoji vrlo malo načina na koje možete preurediti zrnca peska a da struktura zamka ostane netaknuta. Skoro svaka promena će narušiti njegov uređeni oblik. Zbog toga, zamak od peska ima nisku entropiju. To je visoko uređen sistem.
Entropija objašnjava zašto se, prepuštene same sebi, zgrade ruše, malter kruni, a staklo lomi.
Zašto se zamkovi od peska ruše, a ne grade sami od sebe
Sada zamislite da naš zamak od peska (stanje niske entropije) ostavimo na milost i nemilost pustinjskom vetru. Sasvim je logično i očekivano da će se on raspasti i pretvoriti u neuređenu gomilu peska (stanje visoke entropije).
Ali ovde dolazimo do ključne, kontraintuitivne ideje. Zakoni fizike zapravo ne zabranjuju da vetar spontano dune na gomilu peska i od nje sagradi savršen zamak. U teoriji, to bi moglo da se desi.
To se ne dešava ne zato što je nemoguće, već zato što je ekstremno, ekstremno malo verovatno. Postoji neuporedivo više načina da pesak bude neuređen nego da bude uređen u obliku zamka. Univerzum se prirodno kreće ka stanju koje je statistički najverovatnije.
Dakle, entropija uvek raste. Zašto? Zato što je neuporedivo verovatnije da će se to desiti.
Strela vremena: Nezaustavljivi marš ka verovatnoći
Možda deluje neverovatno da nam jedno tako obično zapažanje — da se zamkovi od peska ne grade sami od sebe — može otkriti rešenje jedne od najdubljih misterija fizike. Ipak, upravo je tako.
Drugi zakon termodinamike, koji kaže da entropija u univerzumu uvek raste, objašnjava zašto vreme teče samo u jednom smeru. "Strela vremena" koju svi mi doživljavamo nije ništa drugo do prirodna tendencija univerzuma da se kreće iz uređenih (manje verovatnih) stanja u neuređena (mnogo verovatnija) stanja. To je razlog zašto se sećamo prošlosti (uređenijeg stanja), a ne budućnosti (neuređenijeg stanja). To je razlog zašto se zgrade ruše, staklo lomi, a zamkovi od peska pretvaraju u gomile, a nikada obrnuto.
Zaključak: Pitanje za kraj
Protok vremena, kako se ispostavlja, nije fundamentalna sila prirode poput gravitacije. To je neizbežna posledica verovatnoće, zakon brojeva koji upravlja kosmosom jednako neumoljivo kao i gravitacija. Krećemo se od reda ka neredu jer postoji beskonačno više načina da se bude u neredu.
Ovo nas ostavlja sa jednim poslednjim, dubokim pitanjem. Ako se univerzum neprestano kreće ka stanju većeg nereda, to znači da je morao započeti u stanju neverovatno niskog reda i niske entropije. Šta nam to govori o našem početku i kuda se sve na kraju kreće?