Tiden er den fjerde dimension

Vores fysiske love er løbet fra tiden

Gennem de sidste hundrede år har relativitetsteorien og kvantemekanikken fejret store triumfer – men prisen har været, at vi har mistet vores klassiske opfattelse af tid. De fysiske teorier fortæller os nemlig, at tiden ikke har nogen retning, og at der ikke er forskel på fortid, nutid og fremtid. Nogle forskere mener derfor, at vores tidsopfattelse kun er en illusion. Men nu prøver to fysikere at give os nuet og tidens gang tilbage.

Shutterstock

1. Tyngdebølger genskaber nuet

Klokken var ni minutter i seks om morgenen, da fysikerne ved LIGO-detektorerne i USA opdagede, at hele Jorden rystede. Ingen andre mærkede noget som helst, for rystelsen var så svag, at detektorernes spejle kun flyttede sig en afstand, der svarer til diameteren på et atom.

Men det var nok til at registrere en forskydning i det laserlys, som løbende sendes mod spejlene og reflekteres tilbage til detektorerne. Og for fysikerne var det nok til at vide, at denne dag, den 14. september 2015, ville gå over i historien.

Rystelsen var, præcis hvad fysikerne havde regnet sig frem til ville ske, hvis to sorte huller langt ude i universet en dag slugte hinanden.

Hundrede år tidligere, i 1915, havde Albert Einsteins generelle relativitetsteori forudsagt, at sådan en begivenhed ville få såkaldte tyngdebølger til at rulle gennem rummet, og det var præcis de bølger, LIGO-detektorerne havde målt.

Da nyheden om målingerne kom frem, var det endnu en triumf for relativitetsteorien, og jubelen var stor blandt fysikere verden over.

Og­så hos professor Richard Muller, som på netop det tidspunkt sad på University of California og havde travlt med at skrive en bog om en ny teori, han har udviklet om det, han kalder “tidens fysik”.

Mullers begejstring havde dog en anden årsag end de fleste fysikeres. Selvom han ligesom sine kolleger har stor respekt for relativitetsteorien, har han også et problem med den.

Muller er ked af en bestemt konsekvens, som teorien fører med sig, nemlig at den udelukker, at der findes et “objektivt nu” i vores univers, for det betyder, at der heller ikke findes et skel mellem fortid og fremtid, og det er i direkte modstrid med den måde, vi normalt oplever verden på.

Med sin teori om tidens fysik forsøger Muller at genindføre det objektive nu, og beviset for, at han har ret, kan måske netop findes ved at studere effekterne af tyngdebølger. Derfor kunne Muller næsten ikke vente på at få fingre i dataene fra LIGO-forskerne.

Muller er kun én blandt flere fysikere, som arbejder på at give os en ny forståelse af tiden. Det store spørgsmål er: Er tidens gang en objektiv størrelse, eller er det bare den måde, vi opfatter virkeligheden på?

  • Fysikeren John Wheeler

    "Tid er naturens metode til at undgå, at alting sker på én gang"

    Fysikeren john wheeler (1911-2008) som ironisk kommentar til vores sproglige vanskeligheder ved at forklare tiden uden at bruge begrebet tid.

2. Dampmaskinen gav tiden retning

Når vi ser, at nogle porcelænsskår, som ligger på et gulv, pludselig samler sig til en kaffekop, som springer op i en hånd, ved vi, at det ikke er virkeligheden, vi er vidne til. Det er en film, der kører baglæns.

Al vores erfaring fortæller os, at det ikke kan ske i vores virkelige verden, mens det modsatte – at en kop tabes af en hånd, falder på gulvet og går i stykker – er helt naturligt.

I vores daglige oplevelse af tiden er den en størrelse, som kun kan bevæge sig fremad. Den tid, der er gået, er historie, og den kan vi ikke ændre på. Sket er sket. Koppen er gået i stykker, og vi kan højst sige undskyld og prøve at lime skårene sammen igen.

Fremtiden er derimod fuld af muligheder, og vi kan påvirke, hvad der vil ske, fordi fremtiden ikke har eksisteret. Vi har dermed også en fri vilje, fordi begivenhederne i den tid, der kommer, ikke er forudbestemt.

Der er derfor stor forskel på fortid og fremtid, og grænsen mellem dem er det, vi kalder “nuet”.

At tiden på den måde har en retning, blev først forklaret i videnskabelig forstand i løbet af 1800-tallet. Indtil da var der ingen fysiske love, som forhindrede, at tiden kunne have en anden retning og fx gå baglæns. Dem fik vi med udforskningen af det felt i fysikken, vi kender som termodynamikken.

Baggrunden var helt praktisk. Verden stod midt i industrialiseringen, og ingeniører konkurrerede om at bygge den mest effektive dampmaskine. Det gjaldt om at omsætte mest mulig energi fra kullene, som blev skovlet ind i ovnen, til maskinens stempler og hjul.

Energi kan optræde i flere former, fx som bevægelse, lys og varme, og vi kan omdanne den ene slags til den anden.

En mængde bevægelsesenergi kan omdannes fuldstændigt til varme – det sker fx, når vi bremser en bil i fart ned, så den holder stille. Men desværre var det umuligt for ingeniørerne at gøre det modsatte, at forvandle al varmen fra ovnene til bevægelsesenergi.

Forklaringen ligger i, at varme adskiller sig fra de andre energiformer. I varmeenergi er atomernes bevægelser så tilfældige og kaotiske, som de kan blive, og derfor er varme udtryk for den højeste grad af uorden, som kan forekomme. Vi kan omdanne en del af varmeenergien til andre energiformer, men ikke det hele.

Tilfældigheden i atomernes bevægelser kaldes også for “entropi”, og i 1850’erne blev det klart for fysikerne, at entropien i et lukket system, som ikke påvirkes udefra, vil vokse spontant med tiden. Eller sagt på en anden måde: Tiden er en udvikling fra orden mod uorden.

Ordet “samtidig” bliver meningsløst over afstand

Den specielle relativitetsteori ændrer tiden for objekter i bevægelse. Derfor giver det ikke mening at tale om samtidighed over store afstande i universet.

  • Relativitetsteorien tid

    KLASSISK TID giver os et objektivt nu

    Samtidig med at du læser Illustreret Videnskab her på Jorden, er et rumvæsen i en fjern galakse optaget af en bog. De to begivenheder ligger på en fælles “nu-linje”.

  • RELATIVISTISK TID gør nuet subjektivt

    Hvis rumvæsenet tager sin cykel og kører hen imod dig, ændres hans “nu-linje”. Hans “nu” er pludselig blevet samtidigt med begivenheder langt tilbage i din historie.

    Hvis rumvæsenet i stedet kører i retning væk fra dig, ændres hans “nu-linje”, så hans “nu” bliver samtidigt med begivenheder, som ligger ude i din fremtid.

3. Big bang var den højeste orden

Erkendelsen af tidens retning er formuleret i termodynamikkens anden hovedsætning, men går også under navnet “loven om entropiens vækst”. Loven forklarer en masse af de hverdagsfænomener, vi oplever omkring os.

Hvis vi fx tager en anden kaffekop ud af skabet og i stedet for at tabe den fylder den med kaffe og hælder en sjat fløde i, vil vi se entropien vokse. Den varme, sorte kaffe og den kolde, hvide fløde blander sig og bliver til en lunken, lysebrun væske. Orden er blevet til uorden.

Med loven om entropiens vækst fik vi en fysisk forklaring på tidens natur, som passer godt til vores oplevelse af den. Den ligger fint i tråd med den klassiske forestilling om tid som en akse, vi kan placere og ordne begivenheder på, som vi jo gør, når vi tegner en tidslinje.

“Tid er naturens metode til at undgå, at alting sker på én gang,” som det er udtrykt i et berømt citat af den amerikanske fysiker John Wheeler.

Han har givetvis brugt sætningen med et skævt smil, for den giver ikke meget mening, når vi tænker nærmere over den. Med “på én gang” menes jo “samtidig”, hvilket forudsætter en bestemt opfattelse af tid. Sætningen bruger altså tidsbegrebet til at definere tidsbegrebet og bliver derfor meningsløs.

Wheeler har i øvrigt selv forklaret, at han har stjålet formuleringen fra en graffiti på et herretoilet, men den er et godt og finurligt eksempel på, hvor svært vi har ved at håndtere begrebet tid med de begrænsninger, der ligger i sproget.

Ideen om, at tid er udviklingen fra orden mod uorden, kræver, at tiden har en begyndelse. Der må jo have været et udgangspunkt, hvor der herskede en stor grad af orden. Det krav kan fint opfyldes med den model om universets fødsel og udvikling, de fleste kosmologer i dag bekender sig til.

Big bang-teorien giver netop universet og tiden en begyndelse, hvor alting var samlet i ét punkt, som repræsenterer den højeste grad af orden. Siden er universet i løbet af 13,8 milliarder år vokset til sin nuværende størrelse, og mere og mere af den oprindelige energi er omdannet til varme.

Hvis universet havde eksisteret altid, og tidens historie dermed var uendeligt lang, ville al energien for længst være blevet til varme, og vi ville ikke have nogen støvskyer, galakser, stjerner eller planeter tilbage. Al masse i universet ville nemlig være opslugt af sorte huller og omdannet til stråling og i sidste ende varme.

Det er som bekendt ikke sket endnu, men det kan meget vel være sådan, det ender i en fjern fremtid.

At masse kan omdannes til energi, fremgår af Einsteins kendte ligning E = mc2, hvor E er energi, m er masse, og c er lysets hastighed. Ligningen formulerede han i 1905 i forbindelse med sit arbejde med den specielle relativitetsteori, som gav os en ny forståelse af, hvad tid er – og som samtidig åbnede op for nogle af de besynderlige fænomener, vi har så svært ved at forlige os med.

Hastighed og acceleration bremser tiden

Einsteins relativitetsteori medfører, at en rumrejse kan gøre den ene tvilling yngre end den anden.

Alice rejser fra sin tvillingebror ...

Tvillingerne Bob og Alice er otte år gamle. Alice skal rejse til stjernen Alfa Centauri, som ligger fire lysår væk. Selvfølgelig vil tvillingerne komme til at savne hinanden. Især vil Bob længes efter sin søster, for han skal undvære hende i længere tid, end hun skal undvære ham ...

... og flyver med så høj fart ...

Alice er taget afsted på sin rejse, og tiden går. Men fordi hun bevæger sig med 80 procent af lysets hastighed, går den væsentligt langsommere for hende end for Bob. Det fremgår af
Einsteins specielle relativitetsteori. Samtidig siger den generelle relativitetsteori, at tiden også bliver forsinket af hendes acceleration ...

... at hun bliver yngre end sin tvilling

Når Alice lander efter sin rejse, er hun blevet seks år ældre, så hun nu er 14 år. Men Bob er blevet 18 år, for på Jorden er der gået ti år, siden Alice tog afsted. Set fra hendes synspunkt er hun således rejst fire år ind i fremtiden.

4. Hurtige rejser forlænger livet

Tvillingerne Bob og Alice er født den samme dag, men Bob er alligevel fire år ældre end Alice. Selvom det lyder som et paradoks, kan det ifølge relativitetsteorien i princippet godt lade sig gøre.

Det kræver blot, at Alice i løbet af sit liv tager på en rumrejse ud til den nærmeste stjerne uden for vores solsystem, Alfa Centauri, og hjem igen – og at hendes rumskib på den otte lysår lange rejse når op på 80 procent af lysets hastighed.

Einsteins specielle relativitetsteori fra 1905 fortæller os, at tiden ændrer sig, når vi er i bevægelse. Den går langsommere, og derfor ældes Alice også langsommere end sin tvillingebror, som er blevet hjemme på Jorden.

Desuden fortæller Einsteins generelle relativitetsteori fra 1915 os, at tyngdekraften også får tiden til at gå langsommere. Tyngdekraft virker på nøjagtig samme måde som acceleration.

Vi kender fornemmelsen, når vi kører opad i en elevator. I begyndelsen, mens elevatoren accelererer, føles det, som om vi udsættes for en stærkere tyngdekraft.

I rumraketten accelererer Alice så voldsomt, at effekten er meget større end den tyngdekraft, Bob oplever ved at blive på Jorden.

Der er altså to effekter i spil for Alice, som begge får tiden til at gå langsommere, og derfor tager hendes rejse kun seks år set fra hendes synspunkt, mens Bob oplever, at hun er væk i ti år. Vi kan også sige, at Alice er rejst fire år ind i fremtiden, når hun lander på Jorden.

Nu er det selvfølgelig et tænkt eksempel, for det er langt uden for vores rækkevidde at rejse med så høj hastighed, men de relativistiske tidseffekter spiller faktisk også en rolle i vores hverdag.

GPS-systemet, som viser os, hvor vi befinder os på jordoverfladen, er baseret på præcise tidssignaler fra satellitter i kredsløb om kloden. Atomurene ombord i satellitterne er udsat for begge tidseffekter.

Dels er de i bevægelse i forhold til os, og det får dem til at gå langsommere end vores ure nede på Jorden, faktisk syv mikrosekunder langsommere pr. døgn; dels er de længere væk fra Jordens massemidtpunkt, end vi er her på Jorden, og derfor påvirkes de mindre af tyngdekraften.

Denne effekt trækker i den modsatte retning. Den får tiden til at gå hurtigere og betyder, at satellitternes ure vinder 45 mikrosekunder i døgnet sammenlignet med ure på Jorden.

Tilsammen betyder de to effekter, at urene skal korrigeres med en forsinkelse på 38 mikrosekunder i døgnet. Hvis det ikke skete, ville GPS-systemet give en misvisning af vores
lokalitet, som voksede med over ti kilometer i døgnet.

Relativitetsteorien gør tiden til en fleksibel størrelse, som ændrer sig, alt efter hvor vi er, og hvordan vi bevæger os. Den dybere årsag ligger i, at lysets hastighed i det tomme rum er konstant, nemlig helt præcis 299.792.458 meter pr. sekund, og det er samtidig den maksimale hastighed, noget i vores univers kan bevæge sig med.

Hvis vi forestiller os, at Alice i sin rumraket medbringer et særligt ur, hvor en lyspartikel, dvs. en foton, sendes op og ned mellem to spejle, kan vi se konsekvensen for tiden.

Før hun starter raketten, skal fotonen tilbagelægge afstanden mellem de to spejle, som vi fx kan sætte til en meter. Men så snart raketten er i bevægelse, ændrer det sig.

Når vi betragter raketten og uret udefra, vil vi se, at fotonen skal tilbagelægge en længere strækning, fordi spejlene flytter sig med raketten. I stedet for at bevæge sig en meter, skal fotonen måske tilbagelægge to meter.

Når vi nu ved, at lysets hastighed, c = 299.792.458 meter/sekund, er konstant, og når afstanden i meter fordobles, må sekundet nødvendigvis også ændre sig. Det må blive dobbelt så langt, for at ligningen stadig stemmer.

Jo hurtigere Alice rejser, jo længere er strækningen, fotonen tilbagelægger, og desto mere strækkes tiden ud.

5. Vi kan bevæge os frit rundt i tiden

Med sine teorier gjorde Einstein tiden til en integreret del af rummet. I stedet for det tredimensionelle rum, vi opfatter med vores sanser, skal universet betragtes som en firedimensionel rum-tid, hvor tiden udgør en af akserne.

Rum-tiden er ikke uforanderlig, men kan bøjes og krummes, alt efter hvordan objekter med masse bevæger sig rundt i den.

I vores dagligdag oplever vi dog, at tidsaksen er anderledes end de tre rumlige akser. Vi har ret let ved at bevæge os i forhold til de rumlige akser, som vi jo gør, når vi kører til bageren eller tager en tur i en elevator, men det er langt vanskeligere for os at flytte os frem og tilbage langs tidsaksen. Her oplever vi, at vi er låst i nuet.

Relativitetsteorien tillader os at rejse til fremtiden, som Alice gjorde det på sin rumrejse. Det kræver, at vi bevæger os med ufattelig høj hastighed eller tager et ophold i et stærkt tyngdefelt, fx i nærheden af et sort hul, og derefter vender tilbage til vores udgangspunkt.

Men hvad med tidsrejser til fortiden? Også her åbner Einsteins teorier op for eksotiske muligheder. Rum-tiden kan i teorien krumme så meget, at to områder, som før lå meget langt fra hinanden, kan blive forbundet af en lille bro, et såkaldt ormehul.

Hvis den slags ormehuller eksisterer, vil de ikke bare være en smutvej mellem to forskellige steder, men også mellem to forskellige tider, og det vil derfor være muligt at rejse tilbage i tiden.

I praksis vil det dog være uhyre vanskeligt, for ormehuller vil være ekstremt ustabile, og det vil kræve store mængder af et endnu ukendt stof med negativ energi at holde dem åbne. Hvis det alligevel skulle lykkes, vil det føre til alle mulige paradokser.

Hvad vil der fx ske, hvis du rejser tilbage i tiden og dræber dine bedsteforældre, før de har fået dine forældre? Så vil du ikke selv findes og derfor ikke kunne rejse tilbage i tiden og udføre din udåd. Der går på den måde totalt kludder i sammenhængen mellem årsag og virkning, og derfor er rejser tilbage i tiden helt uforenelige med vores almindelige tidsopfattelse.

  • Fysikeren Albert Einstein

    "For os, som tror på fysikken, er sondringen mellem fortid, nutid og fremtid en illusion"

    Albert Einstein (1879-1955) i et personligt brev en måned før sin død.

6. Einstein standsede tidens gang

Rejser til fortiden gennem ormehuller er kun en teoretisk mulighed, og Einstein mente ikke, at ormehuller findes i virkeligheden, selvom hans ligninger i princippet tillader det.

Til gengæld var han meget optaget af de andre konsekvenser, relativitetsteorien har for vores tidsopfattelse. Det fremgår blandt andet af et af hans sidste breve, et kondolencebrev, Einstein skrev til en meget nær vens familie efter vennen, Michele Bessos, død:

“Nu har Michele forladt denne mærkværdige verden lidt før mig. Det betyder ingenting. For mennesker som os, der tror på fysikken, er sondringen mellem fortid, nutid og fremtid kun en illusion, omend en sejlivet en.”

Einstein og Michele Besso lærte hinanden at kende i deres studietid i Zürich, og de forblev fortrolige gennem hele livet. I Einsteins breve til Besso betroede han vennen sine dybeste tanker om alt fra videnskabelige teorier over verdenspolitiske problemer til personlige bekymringer.

Forudsigelsen om sin egen snarlige død, som fremgår af brevet til Bessos efterladte, kom til at holde stik. Einstein døde selv fire uger efter, den 18. april 1955.

Selvom Einstein trøstede Bessos familie med, at fortid, nutid og fremtid kun er en illusion, var det ikke uproblematisk for ham. Egentlig var han selv ked af, at den specielle relativitetsteori er i modstrid med den måde, vi sanser tidens gang på.

Når Einsteins teori afliver tanken om et “objektivt nu”, hænger det sammen med, at begrebet “samtidighed” mister sin mening over store afstande.

Over små afstande, som vi oplever i vores dagligliv, er samtidighed helt afgørende for vores tidsopfattelse. Hvis du fx sidder i en lænestol derhjemme og læser denne sætning, kan du opleve, at din søn i samme øjeblik, du når til det førs­te komma, taber en kaffekop ude i køkkenet – og at naboens tvillinger, Alice og Bob, falder hinanden om halsen efter lang tids adskillelse lige uden for dit vindue.

Alle tre begivenheder sker i det samme “nu”, og vi kan trække en linje vinkelret på tidsaksen og placere alle tre begivenheder på denne “nu-linje”.

Vi kan også forestille os, at et rumvæsen i en fjern galakse milliarder af lysår væk i det samme øjeblik er optaget af at læse i en bog. Det sker på den samme nu-linje, og så vidt giver samtidigheden udmærket mening.

Problemet opstår, hvis rumvæsenet lægger bogen fra sig og i stedet sætter sig op på sin cykel og begynder at bevæge sig i retning mod dig. Fordi tiden ændrer sig for objekter i bevægelse, vil rumvæsenets nu-linje få en lidt anden vinkel, end den havde før.

Hans bevægelse på cyklen er ikke særligt hurtig, så vinklen ændrer sig kun en anelse, men fordi afstanden mellem jer er så stor, får ændringen alligevel stor betydning. Hans nu-linje vil krydse din tidsakse et helt andet sted, så hans “nu” ifølge Einsteins ligninger vil være samtidigt med begivenheder, som i din verden ligger flere hundrede år til­bage i tiden.

Hvis rumvæsenet vælger at vende cyklen og køre i retning væk fra dig, sker det modsatte. Hans “nu” kommer til at være samtidigt med begivenheder, som i din verden ikke er sket endnu, men tilhører en fjern fremtid.

Konsekvensen er naturligvis, at det over store afstande ikke giver mening at tale om samtidighed, fordi den er vidt forskellig, afhængigt af hvilken retning man bevæger sig i og hvor hurtigt. Og da alle galakser, stjerner og planeter er i bevægelse i alle mulige retninger, findes der ikke noget universelt og objektivt “nu” – og dermed heller ikke noget skel mellem fortid og fremtid.

Einsteins modvilje mod denne konsekvens af hans egen teori kan sammenlignes med hans modvilje mod nogle lige så mærkværdige fænomener i den helt anden ende af skalaen, nemlig i kvantemekanikkens verden.

Relativitetsteorien stjæler vores frie vilje

I relativitetsteorien og kvantemekanikken er der ikke noget objektivt nu, som skiller fortid fra fremtid. Al tid i universet er ligestillet, og vi har derfor lige så lidt indflydelse på fremtiden, som vi har på fortiden.

  • Relativitetsteorien tid

    KLASSISK TID gør fremtiden åben og fri

    VI LEVER KUN I NUET: vores klassiske forståelse af tid er det kun nuet, som er virkeligt. Vi kan fx lige nu sige, at Jorden og Månen har en bestemt placering i forhold til hinanden. Deres placering i fortiden kan ikke ændres, og deres placering i fremtiden er i princippet ikke afgjort endnu.

  • Relativitetsteorien tid

    RELATIVISTISK TID fryser fremtiden fast

    ALLE TIDER ER LIGE VIRKELIGE: I det såkaldte blokunivers, som bygger på vores moderne fysiske teorier, er alle tider lige virkelige, ligesom alle rumlige dimensioner er det. Ordene fortid og fremtid mister deres mening, fordi det objektive nu ikke findes, og tiden ikke har nogen bestemt retning.

7. Partikler bryder fartgrænsen

Subatomare partikler som elektroner og fotoner opfører sig også på måder, som udfordrer vores tidsopfattelse.

For eksempel har de den egenskab, at de kan være i to tilstande på én gang, dvs. have en rotation eller et såkaldt spin, som går både venstre om og højre om. Først i det øjeblik, vi måler på dem, “vælger” de den ene af tilstandene, tilsyneladende helt tilfældigt.

Einstein afviste, at det kunne forholde sig sådan med ordene “Gud spiller ikke med terninger”, men mange forsøg har siden vist, at den er god nok.

Partikler er i en slags dobbelttilstand, indtil en måling tvinger dem til at vælge. Og ikke nok med det. To partikler kan være “sammenfiltrede”, så den enes tilstand påvirker den andens. Hvis fysikerne måler på den ene partikel, og dens spin er højredrejet, vil den anden omgående “vælge” at være venstre­drejet.

Partiklerne er altså koordinerede, og det mystiske er, at de stadig er det, selvom de bringes langt væk fra hinanden – og at koordinationen foregår øjeblikkeligt. Men hvordan kan det ske, når intet, heller ikke overførsel af information, kan foregå hurtigere end lysets hastighed, universets absolutte fartgrænse?

Hidtil har fysikerne ikke fundet noget svar, men må bare erkende, at de grundlæggende færdselsregler i relativitetsteorien, som styrer universet over store afstande, ikke gælder i kvantemekanikkens mikroskopiske verden.

For nylig har fysikere fra USA og Canada foreslået, at de sammenfiltrede partikler måske koordinerer deres tilstande ved at rejse tilbage i tiden til dengang, de var i kontakt med hinanden, for så at udveksle information og rejse til nutiden igen.

Den teori medfører grundlæggende de samme problemer med årsag og virkning som paradokset med at dræbe sine bedsteforældre. Alligevel mener fysikerne bag teorien, at det giver mening, hvis rum-tiden opfattes som et såkaldt blokunivers.

Blokuniverset er en forestilling om, at universet kan betragtes som en blok, der indeholder alle begivenheder i hele universets levetid. Her er tiden en dimension på nøjagtig samme måde som de tre rumlige dimensioner.

Vi kan forestille os en stor isblok, hvor alle objekter og begivenheder til alle tider er frosset inde, og det gælder vel at mærke både de begivenheder, vi i vores dagligliv betragter som historiske, og dem, vi kalder fremtidige.

Ligesom stoffet i blokuniverset kan eksistere forskellige steder langs de rumlige akser, kan det også gøre det langs tidsaksen. Der er ikke noget i hverken relativitetsteorien eller kvantemekanikken, som forhindrer det, og derfor har tiden i blok­universet ikke nogen bestemt retning. Fortid og fremtid er helt ligeværdige, og objektivt set er der ingen forskel.

Når vi oplever, at der er et skel, altså et “nu”, er det bare en illusion, der opstår i hovedet på os, fordi vi befinder os ét bestemt sted i rum-tiden. Fremtiden er med andre ord allerede sket.

På den måde er blok­universet ikke særligt tillokkende, hvis man holder af tanken om, at vi har en fri vilje. Alt er forudbestemt – dybest set fordi der ikke findes noget “nu” i rent tidsmæssig forstand.

Det var et problem for Einstein, og det er et problem for Richard Muller, som håbede på, at de to sorte huller, som smeltede sammen i 2015, ville hjælpe ham i hans mission: at genoplive det objektive nu.

  • Fysikeren Richard Muller

    "Rum og tid er så tæt forbundne, at hvis du skaber mere rum, skaber du også mere tid"

    Fysikeren Richard Muller om sin egen teori om “tidens fysik".

8. Tiden vokser i takt med rummet

Ironisk nok kan relativitetsteorien, som aflivede det objektive nu, også bruges til at genindføre det. Det er i hvert fald Richard Mullers påstand i hans nye teori.

“Rum og tid er så tæt forbundne i den generelle relativitetsteori, at hvis du skaber mere rum, skaber du også mere tid,” som han selv formulerer det. Muller henviser til, at universet hele tiden udvider sig, og at den udvidelse, det skaber i tiden, præcis udgør det objektive nu.

I Mullers teori findes fortiden altså i den eksisterende rum-tid, nutiden skabes løbende som følge af udvidelsen af rum-tiden, og fremtiden findes ikke endnu. Dermed giver teorien os en fri vilje, fordi fremtidige begivenheder vil blive bestemt af de valg, vi træffer i den endeløse række af “nuer”, der hele tiden lægger nye skiver af rum-tid til historien.

Ifølge Muller bevæger vi os altså ikke ind i en eksisterende fremtid, for fremtiden består af nuer, som ikke er skabt endnu.

Da to sorte huller på 29 og 36 gange Solens masse smeltede sammen, gav det Muller en enestående chance for at teste sin teori.

Den kosmologiske begivenhed i absolut sværvægtsklasse varede kun få hundrededele af et sekund, og resultatet var et sort hul på 62 solmasser, en kolossal mængde stråling og de sensationelle tyngdebølger, som rullede gennem rummet og blev målt af LIGO-detektorerne den 14. september 2015.

Sammen med et hold af kolleger kastede Muller sig over de detaljerede data fra LIGO-fysikerne og regnede sig frem til, at tyngdebølgerne må have skabt en lokal udvidelse af rummet på flere millioner kubikkilometer, som ifølge hans teori svarer til, at der samtidig blev skabt en ekstra tid på 0,0012 sekunder.

Vi kan forestille os udvidelsen i rum-tiden som det, der sker, når vi smider en sten i en sø. Stenen skaber ringe i vandet i form af bølger, som udvider arealet af overfladen.

Muller forventede, at udvidelsen i rum-tiden ville skabe en tidsforsinkelse på den sidste tyngdebølge i forhold til rytmen, som blev målt på de første bølger. Desværre viste det sig, at målingerne fra LIGO-detektorerne var behæftet med for stor usikkerhed til at afgøre, om Muller havde ret.

Han fastholder dog, at metoden er mulig, og håber nu, at LIGO-detektorerne i de kommende år vil opdage tyngdebølger fra sammensmeltningen af endnu større sorte huller.

Hvis det lykkes at bekræfte Mullers teori, vil han have genindført det universelle og objektive nu og samtidig have bevist, at vores oplevelse af tidens gang ikke bare er en illusion, men fysisk virkelighed.

Nye teorier giver os nuet og tidens retning tilbage

To fysikere arbejder med teorier om universet, som kan bringe fysikken på linje med vores klassiske tids­opfattelse. Det gælder det objektive nu såvel som tidens retning og forskellen på fortid og fremtid.

  • Objektivt nu

    TEORI 1 skelner mellem fortid og fremtid

    RUMMETS UDVIDELSE SKABER VORES NU: Fysikeren Richard Muller mener, at det er udvidelsen af universet, som skaber tidens gang. Når vi får mere rum (sort streg), får vi også mere tid (rød streg). Dermed genindfører han det objektive nu og forskellen på fortid og fremtid.

  • TEORI 2 giver tiden begyndelse og slutning

    DET DØENDE UNIVERS NULSTILLER TIDEN: Fysikeren Roger Penrose mener, at når al masse i universet er opslugt af sorte huller, og der kun er stråling tilbage, mister universet sin tidsdimension. Situationen bliver magen til, hvad den var ved universets fødsel, og det vil derfor genføde sig selv i et nyt big bang.

9. Teori slår tiden tilbage til start

Mens nogle vil genoplive tidens gang, arbejder andre på at give os tidens retning tilbage.

Den berømte britiske fysiker og kosmolog Roger Penrose bekender sig stadig til principperne i loven om entropiens vækst, men han hæfter sig ved, at der er et problem i big bang-modellen.

I den såkaldte baggrundsstråling, som viser os fordelingen af stof og energi lige efter big bang, hersker der en overraskende stor grad af entropi. Det har ifølge Penrose været en af de største gåder i moderne kosmologi, fordi det umiddelbart strider mod ideen om, at universet er gået fra en tilstand med ekstrem orden mod mere og mere uorden.

Nu mener han, at forklaringen kan være, at partiklerne i universet dengang var så ekstremt varme, at deres masse ikke spillede nogen særlig rolle i forhold til den samlede energi. Og hvis vi trækker massen ud af de fysiske ligninger, giver det heller ikke længere mening at tale om tid, fordi tiden så at sige ikke har noget at virke på.

Og omvendt: Når der ikke findes masse, er der heller ikke noget, tiden kan måles med.

“Det tidlige univers kunne ikke klokken,” som Penrose udtrykker det.

Han mener, at denne “tidløse” epoke på mange måder ligner vores forestilling om, hvordan universet vil se ud i en fjern fremtid, når al masse er opslugt af sorte huller, som derefter er fordampet, så der kun er stråling tilbage. Så vil universet igen blive uden tidsdimension, og uden tid og masse vil også begrebet størrelse miste sin mening.

Universet vil med andre ord hverken have ur eller målestok. Penrose argumenterer dermed for, at “et stort gammelt univers” faktisk er det samme som “et nyt ungt univers”, og at universet derfor vil nulstille tiden og genføde sig selv i et nyt big bang.

Hvis han har ret, er vores univers bare ét i rækken af måske uendeligt mange, som efterfølger hinanden som perler på en snor. Denne teori giver både tiden en begyndelse og en slutning, og Penrose tror endda, at den kan bekræftes ved at studere baggrundsstrålingen mere detaljeret, end vi har kunnet hidtil.

Ligesom Muller sætter Penrose sin lid til sammensmeltende sorte huller. Ideen er at lede efter spor fra forgængeren til vores nuværende univers.

Hen mod slutningen af sit liv har dette univers indeholdt kolossalt store sorte huller, som er smeltet sammen og har skabt tyngdebølger, der er rullet på kryds og tværs gennem rummet.

Tyngdebølgerne har skabt mønstre, som kan sammenlignes med dem, vi ser, når regndråber falder ned og skaber ringe på overfladen af en sø. Selv når regnen er stoppet, findes der et komplekst mønster af krusninger på søens overflade, og på samme måde vil der være mønstre efter tyngdebølgerne, længe efter at de sorte huller er fordampet.

Kan vi finde den slags mønstre i baggrundsstrålingen, vil Penrose blive manden, som giver tiden sin retning tilbage. Samtidig vil han også være den første, som leverer et meningsfuldt svar på det hidtil meningsløse spørgsmål: “Hvad skete der før big bang?”.

Se interviewet med den britiske fysiker Roger Penrose om, hvad der skete, før tiden opstod, og hvad der vil ske, når den slutter. Her fremlægger Penrose sin dristige teori om, at det helt unge og meget gamle univers dybest set er identisk, og at det døende univers derfor vil genføde sig selv.

Læs også:

Einstein tavle
Relativitetsteorien

Einstein krummer hele universet

8 minutter
relativitetsteorien
Relativitetsteorien

Forstå relativitetsteorien på 10 minutter

10 minutter
Einstein ung
Relativitetsteorien

Tankespind ændrer tid og afstande

5 minutter
Mest populære

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!