Malo je ideja u suvremenoj znanosti koje su tako temeljito preoblikovale naše shvaćanje stvarnosti kao pojam prostorvremena, isprepletenog tkiva prostora i vremena koje se nalazi u središtu Einsteinove teorije relativnosti.
U znanstvenoj i popularnoj literaturi prostorvrijeme se često opisuje kao “tkanina stvarnosti”. U nekim prikazima ta tkanina nije promjenjiva, nego je zamrznuta u obliku takozvanog blok-svemira, piše Daryl Janzen, voditelj opservatorija i predavač astronomije na Sveučilištu Saskatchewan. Riječ je o konceptu u kojem su tri dimenzije prostora i jedna dimenzija vremena spojene u jednu cjelinu koja sadrži sve događaje – prošle, sadašnje i buduće – kao da su već zapisani na stranici. Umjesto da vrijeme teče, blok-svemir ga prikazuje kao dovršenu kartu svemira, gdje je svaka točka već određena, a naše “sada” samo je presjek kroz tu cjelinu.
U drugim opisima, prostorvrijeme je dinamično polje koje se savija i zakrivljuje pod utjecajem gravitacije. Ta se zakrivljenost može osjetiti kroz gibanje planeta, svjetlosti i čak vremena. Ali što zapravo znači reći da prostorvrijeme postoji? Je li ono struktura, supstanca ili samo korisna metafora?
Srce moderne fizike
Ta pitanja nisu samo filozofska. Ona leže u središtu načina na koji tumačimo modernu fiziku i tiho oblikuju sve, od razumijevanja opće relativnosti do zamišljanja putovanja kroz vrijeme, multiverzuma i podrijetla svemira.
Ovakvi pokušaji često pokazuju koliko je jezik nezgrapan kada opisuje složene pojmove. Austrijsko-britanski filozof Ludwig Wittgenstein upozorio je da se riječi u takvim trenucima ‘odmaraju’, odnosno prestaju nositi jasno značenje. Fizika je možda najbolji primjer tog problema.
Foto: ESA/Webb, NASA i CSA, G. Östlin, P. G. Perez-Gonzalez, J. Melinder, suradnja JADES, M. Zamani (ESA/Webb)
Posljednjih stotinjak godina pojmovi poput “vrijeme”, “postojati” ili “bezvremensko” dobili su nova, tehnička značenja, ali i dalje nose prtljagu iz svakodnevnog govora. To stvara zabunu o tome što te riječi zapravo znače.
Problem s pojmom “bezvremensko”
U filozofiji fizike, posebno u pogledu poznatom kao eternalizam, riječ “bezvremensko” shvaća se doslovno. Eternalizam tvrdi da vrijeme ne prolazi, nego da su svi događaji kroz čitavu povijest jednako stvarni unutar četverodimenzionalne strukture tog takozvanog “blok-svemira”.
Prema tom pogledu, cijela povijest svemira već je zapisana, bezvremenski, u strukturi prostorvremena. U tom kontekstu, objašnjava Janzen, “bezvremensko” znači da svemir sam po sebi ne traje, ne odvija se i ne razvija. Ne postoji “postajanje”. Ne postoji promjena. Postoji samo blok, i cijela vječnost postoji atemporalno unutar njega.
Ali to otvara dublji problem. Ako je sve što se ikad dogodilo jednako stvarno, i svi događaji već ondje, što zapravo znači reći da prostorvrijeme postoji?
Postojanje i događanje – ključna razlika
Postoji strukturna razlika između postojanja i događanja. Jedno je način bivanja, drugo način odvijanja.
Zamislimo da pored vas stoji slon. Vjerojatno biste rekli: “Ovaj slon postoji.” Možda biste ga opisali kao trodimenzionalni objekt, ali ključno je da je to “trodimenzionalni objekt koji postoji”.
Sad zamislite isječak trodimenzionalnog slona koji se pojavi samo na tren, presjek života postojećeg slona koji se ukaže i nestane poput prikazivanja. Taj slon zapravo ne postoji u uobičajenom smislu. On se događa. On se pojavljuje.
Slon koji postoji traje kroz vrijeme, a prostorvrijeme bilježi svaki trenutak njegova života kroz četverodimenzionalnu svjetsku liniju, put objekta kroz prostor i vrijeme tijekom njegova postojanja. Taj imaginarni “pojavljujući slon” bio bi samo jedan prostorni presjek te linije; jedan trodimenzionalni trenutak.
Sad primijenite ovu razliku na prostorvrijeme. Što znači da četverodimenzionalno prostorvrijeme postoji na isti način kao što postoji slon? Traje li prostorvrijeme u tom smislu? Ima li ono vlastite “sadašnje” trenutke? Ili je prostorvrijeme – mnoštvo svih događaja kroz vječnost samo nešto što se događa? Je li prostorvrijeme jednostavno opisni okvir za povezivanje tih događaja?
Eternalizam zamagljuje tu razliku, kaže Janzen. On tretira cijelu vječnost – dakle cijelo prostorvrijeme – kao postojeću strukturu i promatranje protjecanja vremena uzima za iluziju. Ali ta je iluzija nemoguća ako se cijelo prostorvrijeme događa u trenu.
Kako bismo ponovno stvorili iluziju protjecanja vremena u tom okviru, četverodimenzionalno prostorvrijeme moralo bi postojati više nalik trodimenzionalnom slonu koji traje, čije je postojanje opisano četverodimenzionalnom svjetskom linijom.
Kada postoji blok-svemir?
Možemo zamisliti ovaj problem i korak dalje. Ako svaki događaj u povijesti svemira doista ‘postoji’ unutar blok-svemira, postavlja se pitanje: kada postoji sam taj blok? Ako se ne mijenja i ne odvija, znači li to da postoji bezvremenski? U tom slučaju morali bismo zamisliti dodatnu vremensku dimenziju, nešto što je izvan onoga što fizika danas poznaje.
Takav bi okvir imao tri prostorne i dvije vremenske dimenzije. Druga vremenska os služila bi samo tome da bismo mogli reći kako četverodimenzionalno prostorvrijeme postoji na isti način kao što trodimenzionalni objekt postoji u prostoru.
No tu već napuštamo područje potvrđene fizike. Standardna teorija prostorvrijeme opisuje samo s četiri dimenzije. Problem je što nemamo dosljedan način govoriti o postojanju prostorvremena, a da u priču ne uvodimo dodatnu vremensku dimenziju koja nije dio stvarne teorije.
Zamišljamo nešto poput pjesme koja postoji cijela odjednom, ali nikada nije odsvirana ni čuta.
Od fizike do fikcije
Ta zbunjenost oblikuje i način na koji zamišljamo vrijeme u fikciji i popularnoj znanosti.
U Cameronovu “Terminatoru” iz 1984. svi događaji tretiraju se kao fiksni. Putovanje kroz vrijeme moguće je, ali se linija vremena ne može promijeniti. Sve već postoji u čvrstom, bezvremenskom stanju, piše Janzen.
U četvrtom filmu iz serijala “Avengers”, “Avengers: Endgame” (2019.), putovanje kroz vrijeme dopušta likovima da mijenjaju prošle događaje i oblikuju novu vremensku liniju, sugerirajući blok-svemir koji istodobno postoji i mijenja se.
Takva promjena moguća je samo ako četverodimenzionalna linija vremena postoji na isti način kao što postoji naš trodimenzionalni svijet.
No bez obzira na to je li promjena moguća ili ne, oba scenarija pretpostavljaju da su prošlost i budućnost ondje, spremne za putovanje. Međutim, nijedan se ne bavi time kakvu prirodu postojanja to podrazumijeva ili kako se prostorvrijeme razlikuje od karte događaja.
Razumijevanje stvarnosti
Kad fizičari kažu da prostorvrijeme “postoji”, često rade unutar okvira koji neprimjetno zamagljuje granicu između postojanja i događanja. Rezultat je metafizički model koji, u najboljem slučaju, nedostaje jasnoće, a u najgorem skriva samu prirodu stvarnosti.
Ništa od ovoga ne ugrožava matematičku teoriju relativnosti ili empirijsku znanost koja je potvrđuje. Einsteinove jednadžbe i dalje savršeno rade. Ali način na koji tumačimo te jednadžbe je važan, osobito kad oblikuje način na koji govorimo o stvarnosti i kako pristupamo dubljim problemima u fizici.
Ta razumijevanja uključuju pokušaje pomirenja opće relativnosti s kvantnom teorijom, izazov koji se istražuje i u filozofiji i u popularnoj znanosti.
Stoga, definiranje prostorvremena više je od tehničke rasprave, riječ je o slici svijeta u kojem mislimo da živimo.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
