חוקי הפיזיקה מסבירים מה גורם לזמן לנוע קדימה

אם תיתקלו באדם שחי מחוץ לציביליזציה ומעולם לא חווה אינטראקציה עם בני מינו – קל וחומר עם טכנולוגיה – ותנסו להסביר לו את משמעות ה'זמן', תגלו כי מדובר במשימה לא פשוטה כלל ועיקר. הדבר יהיה דומה לדג המנסה להסביר למדוזה מהם מים. מדובר ביסוד בלתי נפרד מחיינו – אנו מתנהלים על פיו וחווים אותו באופן רציף, ועדיין לא ברור בדיוק כיצד אנו תופסים את הזמן.

אחד הכללים הראשונים שמלמדים ילדים הוא שכשמסבירים מושג לא משתמשים במושג עצמו. ואכן, מסובך לתאר את תחושת הזמן מבלי ליפול לכשלים לוגיים. על פי תפיסה פשוטה אחת, הזמן הוא התפתחותם של תהליכים הנעה תמיד בכיוון אחד (קדימה), ללא אפשרות עצירה או חזרה לאחור. ואולם, זהו הסבר מעורפל מאוד, ולמען האמת – גם לא כל כך נכון.

למרבה ההפתעה, אנחנו יודעים לתאר את הזמן מבחינה פיזיקלית בצורה הרבה יותר מדויקת מאשר מבחינת חווייתית. ערוץ הווידיאו הפופולרי Minute Physics הפיק סרטון אנימציה קצר שמנסה לתרגם את קונספט הזמן למונחים מדעיים מדויקים. מנקודת המבט הזו נראה כי התפיסה האינטואיטיבית שלנו לגבי הזמן אינה הולמת את מבנה הזמן כפי שהוא בא לידי ביטוי בחוקי הפיזיקה. נצחיות הזמן? התנועה קדימה? נראה כי מושגים אלה והיבטים נוספים של הזמן הם – ובכן – ברי חלוף.

היקום הוא כמו כוס קפה

חוקי הפיזיקה של העולם המיקרוסקופי, מסביר הפיזיקאי פרופסור שון קרול, "קושרים את מה שקורה עכשיו לדבר הבא שיקרה ולמה שקרה קודם, אך אינם עושים הבחנה בין קדימה ואחורה בזמן". קרול עוסק בנושא בהרחבה בספרו The Big Picture, שבו הוא מנסה לברר מהם מקורות החיים ומשמעותם. על בסיס הספר הוא יצר סדרת סרטונים בשיתוף פעולה עם Minute Physics, המציגים בפשטות את הרעיונות המרתקים שבספרו. כרכיב בלתי נפרד של החיים והמציאות, הזמן הוא חידה שנמצאת בראש רשימת המשימות שלו. כפי שניתן לראות, כבר בפתיחה הוא מנפץ לנו מיתוס: כשזה נוגע לפיזיקת החלקיקים, הזמן אדיש לכיוון. אם נחזור רגע לשיעורי המתמטיקה בתיכון (או בחטיבה, מי זוכר), היחס של הווה והעתיד לזמן הנוכחי הוא משהו שדומה לערך מוחלט. כלומר, רק לערך המספרי יש משמעות ולא לסימון פלוס או מינוס.

ואולם, אנחנו לא חיים בעולם המיקרוסקופי. ביומיום אנו נחשפים יותר לחוקי הפיזיקה של רמת המאקרו. וכאן לזמן דווקא יש כיוון, לפחות עד גבול מסוים. החוק השני של התרמודינמיקה קובע שכל מערכת מבודדת תשאף להגיע לפיזור אקראי של חלקיקים, תופעה המכונה 'אנטרופיה'. במערכת כזו ציר הזמן הוא ליניארי, כלומר החלקיקים תמיד ישאפו להתפזר ולא יוכלו לנוע אחורה בזמן, למצבם הקודם. זה יותר פשוט מכפי שזה נשמע, ולמעשה אנחנו חווים את התהליך הזה מדי בוקר. "בדיוק כמו שחלב קר וקפה חם מתערבבים יחד לקפה פושר", מסביר קרול, "אבל לעולם לא יוכלו להיפרד חזרה". המולקולות של הקפה והחלב יתמזגו ככל שהזמן עובר והן לא מסוגלות לעצור או לשנות כיוון. את התהליך הזה ודומים אחרים אנו חווים כתנועה קדימה בזמן.

רגע, אם כך, אז חזרנו לנקודת ההתחלה? הזמן אכן נע בכיוון אחד? ובכן, כן, עד שהוא נעצר. כן, קרול מנפץ גם את המיתוס לגבי נצחיות הזמן. באותה כוס קפה שהכנו, החלב והקפה התערבבו עד שהגיעו לפיזור מאוזן בין כל החלקיקים במערכת. כלומר, פיזור אקראי יוצר בסופו של דבר שיווי משקל בין הרכיבים, וכשמערכת מגיעה לנקודת האיזון הזו, השאיפה לפיזור – או הגברת האנטרופיה – נפסקת וכתוצאה מכך שוב לא ניתן לקבוע את כיוון הזמן. במילים אחרות, אם תנועת הזמן תלויה בשאיפת הפיזור של חלקיקים, הרי שבנקודת השוויון הזמן נעצר.

מעבר לעובדה שהקפה והחלב שלכם לא יכולים להתערבב יותר מנקודת האיזון ביניהם, לחוק הזה יש משמעויות מעניינות בהרבה. "העובדה שעכשיו אנו חווים את זרימת הזמן [קדימה] אומרת שאנחנו עוד לא בנקודת השוויון", מסביר קרול. כדור הארץ והיקום בכלל נמצאים איפשהו בהתחלה או באמצע של מזיגת החלב לקפה החם. "בנקודה מסוימת בעבר הרחוק היקום התחיל במצב אנטרופיה נמוכה ואי-הסדר התגבר מאז… מצב האנטרופיה הנמוכה הזה הוא המפץ הגדול". את התהליך שעליו מדבר קרול אנו מכירים כהתרחבות היקום, שנמשכת כבר כ-14 מיליארד שנים. אם נפשט את העניין, אנחנו חווים את הזמן בתנועה קדימה כל זמן שהיקום ממשיך להתפשט וחלקיקיו שואפים לנקודת שיווי המשקל.

זה סימן שאתם בחיים

וכשיגיע היקום לאיזון, כלומר כאשר האנטרופיה שלו תיפסק, יעצור גם הזמן. לא יהיו לו עוד משמעות או כיוון. "וכיצד ייראה היקום בנקודת שוויון עם אנטרופיה גבוהה?" שואל קרול, ומשיב – "הוא יהיה חלל ריק". ואכן, בקרב פיזיקאים מקובל הרעיון שליקום יש תאריך תפוגה. כשתגיע המערכת לאיזון, כל הכוכבים, החורים השחורים ושאר ההתגלמויות השונות שביקום, תיעלמנה וייוותר ריק מוחלט. מובן שקיומם של חיים אינו בא בחשבון במצב כזה. הזמן כאילו נוצר כדי להביא את היקום לנקודת האיזון ומרגע שכך יקרה, כבר לא יהיה בו צורך.

ובכן, נראה כי אנחנו עדים לתקופה מרגשת בהיסטוריה, שבה הזמן עדיין קיים. עד כמה שהוא נראה לנו נצחי, מרגע שהיקום יגיע לאיזון הזמן ייעלם ולא ניתן יהיה להשיב אותו, בדיוק כפי שקפה וחלב לא יכולים להפריד את עצמם זה מזה לאחר שהתערבבו. קרול מסביר כי הכוכבים בשמיים והחיים השוקקים על פני כדור הארץ הם עדות למצב האנטרופיה הנמוך שבו התחלנו. "אנחנו לא יודעים מדוע היקום החל במצב ראשוני כה מסודר", הוא אומר, "אבל עלינו להיות שמחים שכך: זה העניק לנו את נקודת ההתחלה הבלתי מאוזנת ההכרחית לקיום זרימת הזמן כפי שאנו מכירים אותה". כיוון הזמן, אם כן, הוא מאפיין ייחודי של המציאות, שנוצר כתוצאה מתנאי הלידה של היקום.

אז אנחנו יודעים שהזמן נע קדימה רק ברמת המאקרו, ואילו ברמת המיקרו הוא אדיש לכיוון. אם לא די בכך, גם ברמת המאקרו יש לו תוקף ויום אחד הוא ייעצר. מרתק לחשוב שאפילו את אי קיומו של הזמן אנו נאלצים לתאר במונחים של זמן. ועוד הערה קטנה לסיום: אנחנו נוטים לחשוב שכאוס ואי- סדר משבשים את שגרת חיינו ואילו איזון ושיווי משקל הם מצבים רצויים. החוק השני של התרמודינמיקה, ובפרט תופעת האנטרופיה, מלמדים אותנו שאי-הסדר ביקום הוא דווקא תנאי הכרחי לחיים ושנקודת האיזון תביא לקצם. אז מדי פעם כשנתקלים בהפרעות לשגרה, בחוסר איזון ובאקראיות, במקום לתת לזה להציק לנו אפשר לחשוב על המפץ הגדול ועל התפשטות היקום, ולזכור כי זו בסך הכול הוכחה לכך שאנו חיים.

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

פיזיקאים מתלבטים: האם הזמן באמת עובר או שהשינוי הוא אם כל האשליות?

אנו חיים בתקופה הקוסמית המרגשת ביותר – ויש לנו כלום כדי להוכיח זאת

היקום מדבר אלינו במוזיקה - פיזיקאים מסבירים מהם גלי כבידה ומה חשיבותם

עוד מרדיו מהות החיים:

עם הטבע – סדרת פרקים על דרך הטבע והמרקם המופלא שבתוכו