Tid er tidens store problem

»Hvad er tid? Hvis ingen spørger mig herom, ved jeg det. Men hvis jeg vil forklare det for nogen, ved jeg det ikke.«

Sådan skrev en af de mest berømte kirkefædre, Augustin af Hippo, for godt 1.600 år siden. Siden har filosoffer og fysikere kæmpet med at forstå tiden.

Den amerikanske fysiker Lee Smolin vil nu gøre op med både Isaac Newtons og Albert Einsteins opfattelse af tiden og sætte tiden over alt andet.

For Newton var tid og rum absolutte begreber, som fungerede uafhængigt af hinanden. Universet var som et mekanisk ur, der var designet og trukket op af Gud.

Einstein gjorde tid og rum relative og smedede dem sammen i en firedimensional rumtid, hvor forskellen på fortid og fremtid ikke var anderledes end forskellen på op og ned eller højre og venstre.

‘Sondringen mellem fortid, nutid og fremtid er kun en illusion,’ skrev Einstein i et brev i marts 1955 til sin afdøde ven Michele Bessos familie.

Til trods for at tidens gang for almindelige mennesker er noget af det mest faste i tilværelsen, så mener de fleste fysikere, at tid opstår på grund af mere fundamentale egenskaber ved universet, hvor tidens retning forklares med termodynamikkens love.

‘Efter lange overvejelser køber jeg ikke den forklaring,’ skriver Lee Smolin i en ny artikel i Physics Today, hvor han opridser hoved­temaerne i sin bog ‘Time Reborn’, der udkom i 2013, og i en endnu ikke udkommet bog, ‘The Singular Universe and the Reality of Time’, skrevet sammen med filosoffen Roberto Mangabeira Unger.

Tre store spørgsmål

For Smolin er tid en reel størrelse, og det er måske endog den eneste egenskab ved naturen, der hverken opstår på grund af noget andet eller er approksimativ.

Det er et kontroversielt synspunkt, og det vil have drastiske konsekvenser, hvis det er rigtigt. Fortid og fremtid vil ikke være ligestillede som i det firedimensionale rumtidsbegreb, og naturlovene vil ændre sig med tiden.

I den fremragende serie Tænkepauser er for nylig udkommet bogen ‘Tid’, skrevet af professor i relativistisk atomfysik ved Aarhus Universitet
Ulrik Uggerhøj.

Det er en nutidig indføring i konsekvenserne af den specielle og den generelle relativitetsteori omkring tid og samtidighed, som godt kan tåle sammenligning med George Gamows klassiker ‘Mr. Tompkins i drømmeland’ fra 1940. Ud over de relativistiske fænomener er der noget om atomure og tidens retning.

Det er en velskrevet og letlæst bog, som er krydret med flere fornøjelige citater. Den amerikanske fysiker John Wheeler har sagt: ‘Tid er naturens måde til at undgå, at alting sker på en gang’. Det er dog et cirkulært argument i den lommefilosofiske kategori, og John Wheeler har da også indrømmet at have fundet bemærkningen på et herretoilet i Austin i Texas.

Selvom Ulrik Uggerhøj i modsætning til Lee Smolin holder sig til bredt
accepterede fysiske teorier og eksperimenter, så ender bogen med bemærkningen om, at tid nok længe vil forblive ‘noget mærkeligt noget’ – som Kaj og Andrea synger i en Povl Kjøller-sang fra 1970’erne.

Bogen, som kan læses på en lille times tid, ligger i denne tid i toppen af bestsellerlisten for dansk faglitteratur.

Ulrik Uggerhøj: Tid, Aarhus Universitetsforlag, 60 sider, 40 kr.

Når Lee Smolin vil gøre tiden til et kernebegreb for en beskrivelse af naturen, er det i et forsøg på at besvare tre kosmologiske spørgsmål:

1. Hvorfor har naturen udvalgt de naturlove, vi kan deducere os frem til ud fra observationer og eksperimenter? Og hvorfor er naturkonstanterne så fintunede, at ganske små afvigelser fra deres værdier vil medføre, at der slet ikke ville være et univers, som vi kender, med stjerner og kompliceret kemi.

2. Hvorfor var universet utrolig homogent i dets første tilstand efter big bang?

3. Hvorfor er universet i dag næsten 14 milliarder år efter big bang langt fra termisk ligevægt, så der findes en lang række irreversible processer givet ved bl.a. termodynamikkens regler?

Mystisk forklaring

En besvarelse af disse spørgsmål er ifølge Lee Smolin umulig, hvis man antager, at det eneste, der ændrer sig i universet, er bevægelser og positioner af atomer styret af uforanderlige naturlove. En beskrivelse, han kalder for Newtons paradigme.

Nogle fysikere har godt nok forsøgt sig med multivers-forklaringer, hvor der findes mange forskellige universer med forskellige værdier for naturkonstanterne. Når værdierne for naturkonstanterne er helt rigtige for liv i vores univers, er det ikke så overraskende, for vi ville jo ikke være til stede, hvis betingelserne var forkerte.

Smolin er ikke multivers-tilhænger, for hypotesen har ikke produceret en eneste forudsigelse, som man kan undersøge og i givet fald falsificere.

Den traditionelle forklaring på, at universet stadig er langt fra termisk ligevægt, og at der findes en termodynamisk forklaring på tidens retning, er, at universet begyndte i en meget usandsynlig tilstand med meget lav entropi. Men det er blot at forklare et mysterium med et andet mysterium, mener Smolin.

Sorte huller og nye universer

Han mener derfor, at den eneste udvej er at løsrive naturlovene fra tidens åg.

Smolin tager udgangspunkt i en teori om, at et nyt univers opstår, når en stjerne kollapser til et sort hul, og tiden i henhold til den generelle relativitetsteori stopper. Kvanteeffekter vil efterfølgende sætte gang i et nyt univers. Hvor tiden slutter i det sorte hul, begynder den ved et big bang i et nyt univers.

Lee Smolins tilføjelse til denne teori er, at egenskaber for partikler og naturlove ændres ganske svagt og tilfældigt, når et nyt univers opstår.

Ændringerne afgør, om det nye univers vil have mindre eller større tilbøjelighed til at danne sorte huller, som kan blive til nye universer og så videre. I denne proces vil der være en tilbøjelighed til, at lige præcis den form for univers, som vi befinder os i, bliver et typisk univers.

Smolin har hentet inspiration fra evolutionsbiologien og kalder princippet for kosmisk naturlig udvælgelse.

Det står dog fast, at mange fysiske systemer beskrives godt med tidsuafhængige love. Hertil beretter Smolin, at termodynamikken har vist, at tidsirreversible effektive love kan opstå ud fra tidsreversible fundamentale love. Han har nu sat sig for at undersøge, om det omvendte også kan være tilfældet.