Leczo Bence

Az idő nem az, aminek gondoljuk

A valóság sokkal furcsább, mint a hétköznapi világunk

Mi az idő? Kézenfekvő kérdés a legkevésbé kézenfekvő válaszokkal. A felvetés pedig átalakul: már nem az a fontos, hogy mi az idő, hanem az, hogy létezik-e, és miért látjuk ilyennek, ha teljesen más. A newtoni világképtől a relativitáselméleten át egészen a kvantummechanikáig vettük sorba a fizika fejlődését Takács Gábor elméleti fizikussal, a BME Természettudományi Karának oktatójával, az MTA doktorával.

Rengeteg, az idővel kapcsolatos előadásban és cikkben jelenik meg a következő, Szent Ágostontól származó idézet: „Mi az idő? Ha senki nem kérdezi tőlem, akkor tudom. Ha azonban a kérdezőnek kell megmagyaráznom, akkor nem tudom”. Mi az idő?

A fizikában az idő az, amit az órák mérnek. Ugyan ez banálisan hangzik, de valójában nagyon mély jelentése van. Amiatt van fogalmunk az időről, mert a környezetünkben található reguláris fizikai jelenségekhez tudunk viszonyítani más jelenségeket: a Nap és a Hold járását, a holdfázisokat. Rájöttünk, hogy bizonyos dolgok együtt járnak: ha az ókori Egyiptomban felkelt a Szíriusz, ideje volt elvetni a gabonát. Az események korrelálnak egymással. Nem véletlen, hogy az órák egy jó ideig az égitestek járása alapján működtek, a másodpercet pedig a Föld Nap körüli keringése alapján definiálták. Be tudtunk vezetni egy közös változót, ami egymással korrelációban álló eseményeket címkéz: ezt nevezzük időnek.

Az idő tehát nem létezik óra nélkül, viszont nem feltétlenül ember alkotta órára van szükség. Olyan folyamatokat kell találnunk, amelyek elég regulárisak ahhoz, hogy naptárat készíthessünk. És nem is csak egyetlen órára van szükség, mert ha csak egy van belőle, akkor nem tudom megmondani, hogy reguláris-e mert nincs viszonyítási alapja, csak több órát vonatkoztathatunk egymáshoz. Azért problémás az időfogalmunk, mert mindennapi tapasztalataink szerint van egy tőlünk függetlenül telő idő. A newtoni abszolút idő elképzelése szerint az idő egy tőlünk független univerzális metronóm, üti a taktust, nekünk pedig csak le kell számlálnunk, hány másodperc telt el a világ kezdete óta. A modern fizika szerint viszont az idő csak a történések egymáshoz való viszonyában létezik. A relativitáselméletből kiderült, hogy a mozgástól és a gravitációtól függ az órák járásának gyorsasága, hogy a fekete lyuk eseményhorizontján a távoli megfigyelő számára megáll az idő. Nem tudunk abszolút időt definiálni, de az agyunk egy olyan modellt hoz létre a világról, amiben időrendben következnek egymás után az események. Egyébként az agy időérzékelése is órajellegű mechanizmusokon alapul, de ezek nem tudatosak. Ezért érezzük úgy, mintha lenne egy kívülről jövő idő, amit nem tudunk akaratlagosan befolyásolni, nem tudjuk, honnan származik az érzése, de adottnak vesszük.

Tehát az idő egy keretrendszer, amit az ember létrehozott, hogy értelmezze a világot, de valójában csak folyamatok összességének adtunk nevet?

Mondhatjuk, hogy folyamatok relációjának. Ugyanakkor a folyamat kifejezéssel óvatosan bántam, a jelenség kifejezést használtam: a folyamatban már benne van valamilyen időfogalom. Kiindulásképpen egyszerűen jelenségek vannak, amik egy rendezettnek tűnő hálót alkotnak. A viszonyok hálójából pedig absztraháljuk az időt, viszont hétköznapi körülmények között nem látszik az absztrakció esetlegessége, például hogy függ a gravitációs tértől és a testek mozgásállapotától. Ez megtéveszt bennünket, hiszen abszolútnak tűnik. A földi körülmények között nagyon pontos eszközökre van szükség, hogy az ellenkezőjét kimutassuk: hatalmas eredménynek számított, amikor az úgynevezett Mössbauer-effektus felhasználásával kimutatták egy víztorony alján és tetején járó órák közötti különbséget. Az ágostoni zavar onnan ered, hogy az abszolút időt próbáljuk megmagyarázni. Ezt meg kell fordítani: nem a naiv világképünket kell ráerőltetni a jelenségekre, hanem azt kell megérteni, miért látjuk a világot másnak, mint ahogy alapvető szinten működik.

Létezik olyan jelenség, ami nagy volumenű, és ráfoghatjuk, hogy köze lehet az időfogalomhoz? A világegyetem tágulása?

Globálisan nézve a világegyetem tágulása egy óra. Nem egy nagyon jó óra, mert csak nagyon nagy léptékben igaz rá, hogy egyszerű törvény írja le. Általában is elmondható, hogy az időfogalmunk függ az óráink – akár természetes órák, akár általunk készített eszközök – pontosságától. Ma a legjobb időmérő eszközünk több mint négyszáz atomóra, amik mintegy „szavaznak” az időről. Átlagolják az általuk mért időpontot, és az attól eltérőket– persze figyelembe vesznek fizikai jelenségeket, amik eltéréseket okozhatnak – súlyozzák, az átlaghoz képest későket vagy sietőket kevésbé veszik figyelembe. Ezen a nemzetközi atomidőn alapul az egyezményes koordinált világidő – angol rövidítéssel UTC.

Fontos észben tartani, hogy nem tudunk annál pontosabb időfogalmat kialakítani, mint amit fizikai folyamatokból meg tudunk állapítani. Nincs absztrakt idő, mint egyfajta platóni idea, hasonlóan ahhoz, hogy elefántok vannak, de nem létezik ideális elefánt. Az idő fizikai folyamatok egymáshoz viszonyulása, és annyira pontos a róla alkotott fogalmunk, amennyire jól értjük ezeket a fizikai folyamatokat. Vagyis: minél jobban értjük a fizikát, annál pontosabb óráink lesznek.

Az abszolút idő eszményéhez próbál közelíteni a fizikai azzal, hogy például a másodperc nemzetközi egységét a céziumizotóp rezgése alapján definiálta?

Ennek alapja, hogy annyira pontosan megértettük a kvantummechanika törvényeit, hogy arra érdemes volt időstandardot építeni. Hasonló történt nemrégiben a kilogrammal, amit újradefiniáltak: már nem a Párizsban található platina-irídium henger súlya határozza meg a tömeg mértékegységét, hanem létrehoztak egy úgynevezett Watt-mérleget, amivel sikerült a Planck-állandóra mint természeti állandóra alapozni a kilogrammot. Természetesen az új standardot úgy lőjük be, hogy adott pontosságon belül megegyezzen az eddigivel, de az új pontosabb, mert stabilabb.

Méréseink a fizikai előzetes megértésein alapulnak. Ez informálisan kezdődik, a világ egyszerű manipulációjával vagy megfigyelésével. Ettől lesz egy előzetes fogalmunk, ami ugyan pontatlan, de már lehet rá törvényeket alapozni. Újabb méréseket végezhetünk, kiderülhetnek szabályszerűségek, ezek alapján újabb, az előzőeknél stabilabb törvényeket alkotunk. Ugyanígy alakul az időmérő eszközeink pontossága. Csak akkor zavarja meg az embert, hogy mit mérnek ezek az órák, ha azt gondolja, hogy mögöttük valamiféle abszolút létező kell hogy legyen.

Fotó: Éberling András