Aja uus määratlus: universumi põhialus

12. Jan 2015

6. jaanuaril 2015. aastal võitsid tunnustatud Buchalteri kosmoloogiapreemia Perimeter’i instituudi kosmoloog Lee Smolin ja Edinburghi Ülikooli kosmoloog Marina Cortês. Nende töö, mis kuulutati kosmoloogias läbimurdeliseks, sisaldub ajakirjas Physical Review D avaldatud artiklis pealkirjaga „Universum kui unikaalsete sündmuste protsess.“ Tegemist on järjekordse katsega sulatada aja pöördumatut kulgu füüsika alustesse. Teadlased pakuvad välja energeetilised põhjuslikud struktuurid, saamaks jagu sügavatest probleemidest, millega kosmoloogia esmaprintsiibid vastastikuti seisavad.

Nad alustavad hüpoteesist, et aeg on niihästi fundamentaalne kui pöördumatu. Enamik füüsikuist näeb aega kui omadust, mis tuleneb fundamentaalsematest füüsikaseadustest. Põhjuslikkus tuleneb otseselt sellest pöördumatusest, kinnitavad Smolin ja Cortês, tulevik luuakse pidevalt olevikust läbi aja aktiivsuse. Samamoodi on fundamentaalsed omadused energia ja moment ehk liikumishulk. Aegruum ja selles liikuvad osakesed ilmuvad läbi aja aktiivsuse. Igal sündmusel on oma sõrmejälg – eriline signatuur, mis moodustub eelnenud sündmuste summast ja ei mingitest muudest sündmustest. See viib nii asümmeetrilise universumini kui võimalik. Teadlased arendavad oma teooriat analüütiliselt, illustreerides seda ruumiliselt ühemõõtmelise universumi arvulise simulatsiooniga.

kellpesuTuntud vastuvoolumõtleja Smolini nägemus maailmast on täpselt vastupidine senise üldtunnustatud nägemusega. Kuid see ei lähe vastuollu fundamentaalfüüsika võtmetähendustega. Vastupidi, aja primaarsus ja selle pöördumatus peab ühendatama nüüdisfüüsikaga, et siiani lahendamata võtmeküsimustele ometi kord lahendus leida. Selle abil loodavad Smolin ta tema kaasmõtlejad leida lõpuks ometi üles ja muukida lahti nüüdisaegse teoreetilise füüsika Püha Graali – kvantmehaanika ja gravitatsiooni ühenduse.

See ei ole küll nõnda üheselt saavutatav kui toodud joonistusel, millel on esitatud dušši ja kella ühendus, mis on USA patendiametis olulise leiutisena patenteeritud.

Et hoida kosmoloogia teaduslikuna, peab muutma vana vaate, et universumit valitsevad muutumatud seadused, uue vastu, milles seadused muutuvad. Uues vaates on kolm keskset seadust. Korraga esineb vaid üks universum. Aeg on reaalne: kõik struktuuris ja looduse regulaarsuses muutub varem või hiljem. Matemaatika, millel on ajaga raskusi, pole looduse oraakel ja teaduse prohvet, vaid lihtsalt suure võimsuse ja tohutute piiridega tööriist.

Smolini ja tema mõttekaaslaste ideestikku on siin tore veelkord selgelt korrata. Sellest võib välja kooruda uus kosmoloogia, kuna vana on jooksnud omadega ummikusse. Keegi ei ole veel suutnud leiutada, kuidas on gravitatsioon seotud kvantmaailmaga. Olukord on tõeliselt groteskne: gravitatisooniseadused, mille tuletas teadaolevalt esimesena Isaac Newton 1687. aastal, pole ümber lükatud. Kvantmehaanika seadused, mille võrgustiku leiutamine algas Plancki 1900. aasta katsest selgitada absoluutselt musta keha kiirgust, ja mis juhivad nüüdseks teie arvuteid, läpakaid, telereid ja kogunisti valgusteid, pole ümber lükatud.

Kuni me ei räägi matemaatikast, mille tõepärane seotus loodusega on üks üllatavamaid ja produktiivsemaid, aga ka vaieldavamaid avastusi meie universumis – mida tõestab muu hulgas ka asjaolu, et matemaatikat ei kasuta mitte ainult inimene, vaid ka ronk, sipelgas ja isegi viirus, kelle/mille kohta pole inimene kokku leppinud, on see moodustis üleüldse elus või hoopis elutu.

Niisiis, tore on tutvuda Smolini pakutud nelja printsiibiga, mis pööravad pea peale aja senise käsitluse ja millest teoreetilise füüsika ning kosmoloogia helged pead kahtlustavad peituvat võti, mis avab fundamentaalteadusele seose gravitatsiooni ja kvantmehaanika vahel.

Printsiip A. Aeg on fundamentaalne suurus. Aja toime on kõige elementaarsem protsess füüsikas, mille läbi luuakse olemasolevatest sündmustest uued sündmused. Põhjuslikkus tuleneb otseselt aja pöördumatust olemusest.

Printsiip B. Ajal on fundamentaalse suund. Tulevik areneb oleviku olemisest, puuduvad põhjuslikud silmused või piirkonnad, kus aeg „edeneb tagurpidi“. Fundamentaalsed seadused, mis arendavad tulevikku olevikust, on pöördumatud – minevikku seisuned ei saa konstrueerida oleviku seisunditest.

Printsiip C. Objekti  aeg-ruumi omadused või sündmused tulenevad selle suhetest teiste dünaamiliste objektidega. Kõigil aegruumi omadustel on dünaamiline päritolu.

Printsiip D. Energia on fundamentaalne. Energia ja liikumishulk (moment) ei ilmu välja aegruumist, pigem on tõene vastupidine. Aegruum ilmub välja fundamentaalsemast põhjuslikust ja dünaamilisest olekust, kus energia ja moment on algsed.

kellpesu

See, kas aeg on primaarne või tuleneb fundamentaalsematest loodusseadustest, tundub olevat tavaelu jaoks üsna ebaoluline küsimus. Kuid ka see, et aeg erirelatiivsusteooria tõlgenduses on koolutatud, painutatud, nõnda et see voolab ühes kohas kiiremini, teises aeglasemalt, tundus Einsteini 1916. aastal pakutuna pigem elust irdunud teadlaste meelelahutus.

Kommenteeri

Telli Teadus.ee uudiskiri