Przez wieki człowiek umieszczał Ziemię w centrum Wszechświata. Czynił to przez wzgląd na siebie oczywiście, był przecież najważniejszy. Kopernik zmienił ten egocentryczny punkt widzenia przenosząc środek stworzenia do Słońca. Parę wieków póżniej doznaliśmy kolejnej degradacji – Słońce z Ziemią znalazło się na peryferiach Drogi Mlecznej. Dziś wiemy, że nie tylko nie znajdujemy się w centrum świata, ale takiego centrum w ogóle nie ma. Ta konstatacja znana jest jako Zasada Kopernikańska: nie zajmujemy wyróżnionego miejsca, a Wszechświat wszędzie dokąd sięgają nasze teleskopy “wygląda” mniej więcej jednakowo. Mówiąc bardziej dosadnie, tylko nam się wydawało, że wszystko kręci się wokół nas. W istocie “wszystko” dzieje się bez naszego udziału, a my jesteśmy jedynie tego obserwatorami.

Fizycy już ponad sto lat temu poszli o krok dalej niż astronomowie w redukcji naszej pozycji w stosunku do Wszechświata. Uznali, nie tylko naszą pozycję we Wszechświecie za małoznaczącą, ale stwierdzili, że nasze zmysły – podstawowy “kanał informacyjny” między nami a światem – ukazują nam głęboko nieprawdziwy obraz fundamentów, na których ten świat jest postawiony. I tak w pierwszej kolejności zakwestionowali absolutny charakter przestrzeni i czasu. Okazało się bowiem, że obie te kategorie nie stanowią suwerennych jakości, i nie tyle tworzą scenę, na której toczą się dzieje, ale biorą udział w biegu zdarzeń ulegając wpływom innego “uczestnika akcji” – materii. Do takich dziwnych – zupełnie sprzecznych z codziennym doświadczeniem – związków łączących przestrzeń, czas i materię przekonują nas obie teorie względności. Sytuacja pogarsza się dalej, gdy na to nałożyć zupełnie nieoczekiwane zachowanie materii w mikroskali opisanej przez mechanikę kwantową. W tym miejscu na ogół stajemy przed ścianą wzniesioną z matematyki. Zarówno teorie względności, jak i mechanika kwantowa operują wysoce zaawansowanym aparatem matematycznym. A – jak wiadomo – nie ma królewskiej drogi do matematyki i jedynie nieliczni mogą zgłębić ukryte w równaniach własności przyrody. Można się z tym od biedy pogodzić, gdy dotyczą one sytuacji, w których się raczej nie znajdziemy: nie polecimy rakietą z prędkościa 200 000 km/s, ani nie skurczymy do rozmiaru atomu, by dostrzec to, o czym mówią fizycy. Ale jeżeli mówią oni o rzeczach, z którymi mamy do czynienia tu i teraz? No własnie – teraz, w tej chwili, w obecnych czasach. Co to jest czas? Może “czasem” warto posłuchać, co fizycy mają do powiedzenia na temat czasu. Z wielką satysfakcją przedstawiam książkę Seana Carrolla “Stąd do wieczności i z powrotem”. Podtytuł “Poszukiwanie ostatecznej teorii czasu” wyjaśnia wprawdzie, o czym książka traktuje, ale autor nie wmawia nam, że o czasie wiemy już wszystko. Wciąż szukamy odpowiedzi na wiele pytań z naturą czasu związanych. Nie mniej, nawet proste rozważania prowadzą do intrygujących i nieoczekiwanych wniosków. W naukach przyrodniczych logiczne rozumowanie niemal zawsze zostaje wsparte równaniami matematycznymi. Carroll o nich wspomina, gdzieniegdzie nawet przytacza. Zawsze jednak robi to w formie zdatnej do przetrawienia przez osoby znające matematykę z daleka.

Okazuje się, że intuicja zawodzi nie tylko w sytuacjach ekstremalnych, takich jak wyżej wspomniane. Nie pomoże nam wiele również przy rozstrząsaniu problemu czasu. Dlaczego płynie w jedną stronę, dlaczego pamiętamy przeszłość a nic z przyszłości i wreszcie po prostu, czym jest czas? Za dużo mamy na codzień z czasem do czynienia, by łatwo oddzielić nasze o nim pojęcie od istotnej natury czasu. Spójrzmy na czas oczami fizyka. Czas nie jest (zapewne) wielkością stojącą “na zewnątrz” Wszechświata. Gdyby nie istniał Wszechświat – nie istniałby czas. Trudno sobie wyobrazić nieistnienie czasu. A fizycy muszą. Czas, jeden z czterech wymiarów czasoprzestrzeni wyróżnia sie tym, że ma kierunek, “biegnie” w jedną stronę, istnieje – jak mówimy – strzałka czasu. Przestrzeń tej własności nie posiada. Możemy pójść w prawo lub lewo, ale tylko od teraźniejszości do przyszłości, nigdy przeszlości. Wydaje się to tak oczywiste, że nie warte uwagi. Jednakże prawa fizyki na poziomie podstawowym są względem czasu symetryczne. Przyszłość i przeszłość różnią się między sobą jak lewo i prawo, czyli de facto są identyczne.

Przebieg prostych zjawisk z odwróconą strzałką czasu, oglądanych na filmie odtwarzonym do tyłu, może zachodzić w sposób nieodróżnialny od rzeczywistych wypadków. Identycznie będzie wyglądał działajacy zegar wahadłowy i odbicie w lustrze takiego samego zegara idącego w przeciwną stronę (jeżeli z tarczy usuniemy cyfrowe oznaczenia godzin). Podobnie, prawostronny ruch samochodów na autostradzie będzie zasadniczo podobny do odtworzonego wstecz filmu z autostrady w Wielkiej Brytanii.

Te przykłady, przy całej swej elegancji, stanowią w istocie daleko idącą idealizację rzeczywistych procesów zachodzących w przyrodzie. Wszystkie makroskopowe zjawiska wokół nas nie zachowują symetrii przeszłość-przyszłość. Nie będziemy mieli żadnych wątpliwości, czy materiał filmowy pokazujący zderzenie samochodów, albo start rakiety został odtworzony poprawnie. Przy odwróconej strzałce czasu dźwięk tykania naszego zegara zamiast rozchodzić się we wszystkie strony, wnikałby nie wiadomo skąd do zegarowego mechanizmu poruszanego samoistnie nakręcającą się sprężyną. Wydaje się, że istnienie strzałki czasu wiąże się ściśle ze zjawiskiem (nie)odwracalności procesów fizycznych, a istota tego związku pozwoli pogodzić symetrię czasową podstawowych praw mechaniki z jednokierunkowym przebiegiem procesów w makroświecie. Dochodzimy do najtrudniejszego – nie obędziemy się bez entropii. Carroll przytacza opinię jednego z wielkich współautorów tego pojęcia, Johna von Neumanna: “nikt właściwie nie wie, czym jest entropia”, co oznacza, że rzeczywiście weszliśmy na schody. Każde ciało, albo lepiej – każdy układ fizyczny (uwzględnimy w ten sposób również promieniowanie i grawitację) charakteryzuje się liczbą możliwych stanów w jakich może przebywać, choć w danej chwili znajduje się w jednym konkretnym. Figury na szachownicy po każdym ruchu trwają w pewnym stanie, który za moment zmieni jeden z graczy. Podobnie atomy w zamkniętym naczyniu, atomy w lodówce, w całej kuchni, czy wreszcie w całym Wszechświecie. W układzie podlegajacym ewolucji zmienia się również entropia. Wydawałoby się, że może ona wzrosnąc, lub zmaleć. Tymczasem jedno z fundamentalnych praw przyrody, II zasada termodynamiki, mówi, że entropia układu odizolowanego od otoczenia nie może maleć, zawsze rośnie i tylko w szczególnych sytuacjach pozostaje stała. Skutki działania II zasady odczuwamy na każdym kroku. Można łatwo stłuc szkalnkę z wodą, ale zebrać w całość rorzucone odłamki i wypełnić odtworzone w ten sposób naczynie wodą, która już zdążyła wsiąknąć w dywan z pewnością nam się nie uda. Efekt makrosopowy rozbicia szklanki jest oczywisty. Mikroskopowo zaś oznacza to, że sposobów uporządkowania molekuł szkła i wody w formie pełnej szklanki jest znacznie mniej niż sposobów rozrzucenia tych samych molekuł w nieładzie na podłodze. Czyli tłukąc szklankę doprowadziliśmy do wzrostu entropii i nie ma sposobu by tę entropię zmniejszyć. Choć, gdyby ze świata fizyki kwantowej przybył Kopciuszek i zebrał wszystkie molekuły najpierw szkła, a potem H₂O i umieścił je w pierwotnym porządku ... No, tak, brzmi to jednak jak bajka, mimo że nie gwałci żadnego elementarnego prawa tej samej fizyki, w której króluje II zasada. Jeżeli na naszych oczach kałuża z pokruszonym szkłem uniesie się do góry, by po chwili pojawić się na stole w formie pełnej szklanki, to albo oglądamy do tyłu puszczony film, albo ... czas zaczął biec "pod prąd". Do takich i wielu innych nietrywialnych wniosków dojdziemy śledząc uważnie bieg myśli na kartach "Stąd do wieczności". Nie jest to książka bałamutna – nie miesza wiedzy pewnej z naukowymi hipotezami, a tych ostatnich ze spekulacjami. Jest gruba i trudna, ale niezwykle inspirująca.