Condiții gravitaționale diferite afectează modul în care ceasurile afișează timpul
În acest articol vreau să explorez o idee pe care am mai exprimat-o, pe scurt, și în alte articole, și anume vreau să vorbesc despre legătura dintre mecanisme de măsurare a timpului, precum ceasurile, și modul de funcționare al altor sisteme, cum ar fi o celulă a organismului uman.
Cu alte cuvinte, dacă un ceas indică timpul în mod diferit dacă-l mutăm într-un loc din univers care-i influențează funcționarea (cum ar fi o gravitație diferită), înseamnă asta că și corpul uman va funcționa diferit? Aceasta este presupunerea curentă din fizică și o vedem exploatată în filme precum Interstelar.
Dar este util, cred, de mers în profunzime și văzut care este esența unui ceas și ce înseamnă că acesta măsoară... timpul.
Ce măsoară ceasul?
Opinia pe care mi-am cristalizat-o în ultimii ani este aceea că nu există nimic numit „timp” în univers, ca entitate independentă. Cu alte cuvinte, deși pare și este o idee greu de acceptat, nu mai găsesc niciun contraargument pentru afirmația că timpul este un construct pur uman și că nu există în univers. Am scris un articol destul de detaliat pe acest subiect aici: Timpul nu există, în fapt, în natură. În esență, în articolul respectiv spuneam că timpul este măsura mișcării ori a evoluției lucrurilor.
Dar să explorăm un pic ideea măsurării timpului.
Definiția obișnuită a unui ceas este: un dispozitiv care măsoară și afișează timpul. Deși nu-mi amintesc să fi spus literalmente astfel, Einstein însuși a privit timpul ca ceea ce este măsurat de ceasuri. Dar ce înseamnă asta?
Ceea ce numim „timp” este în fapt numărul indicat (afișat) de un ceas. Dar măsoară ceva anume un ceas? Ce anume? Timpul? Nu prea pare. Pentru că unde anume apare timpul în ceea ce face ceasul, în fapt? Ceasul măsoară evoluția propriul mecanism de măsurătoare... Detaliem mai jos.
Dar iată un aspect interesant: dacă timpul nu există, iar noi, atunci când vorbim despre timp, vorbim în fapt despre ceas, rezultă că atunci când vorbim despre proprietățile timpului, în fapt vorbim despre proprietățile ceasului.
De exemplu, atunci când vorbim despre faptul că „timpul se dilată”, ceea ce spunem, în realitate, este că „ceasul suferă modificări asimilate unei dilatări a timpului”.
Și pentru astfel de afirmații avem, desigur, dovezi, pentru că atunci când Einstein demonstrează, folosind fotoni (pe post de ceas), că timpul se dilată, ceea ce ne spune, în fapt, este că, în condițiile date ale experimentului său mental, „ceasul” imaginat se comportă diferit, în raport cu situații standard, etalon.
Ce este un ceas?
Întrebarea, în sine, nu este simplă și cred că se poate răspunde în multe moduri. Complicații apar, inevitabil, oricare ar fi răspunsul pe care-l dăm.
Întrebarea nu este simplă, pentru că suntem ieșiți din „regimul” normal al discuției despre timp, în care putem spune liniștiți că ceasul este ceea ce măsoară în mod precis timpul. Și am putea vorbi despre ceasurile atomice, ceasurile de mare precizie șamd. Nu putem discuta despre astfel de lucruri, pentru că... timpul nu există. Ori cel puțin asta este ipoteza pe care o luăm în calcul în acest articol.
Pe de altă parte, abordarea „clasică” atunci când vorbim despre timp și ceasuri este nefolositoare, pentru că este circulară. Timpul este ceea ce măsoară ceasul, iar ceasul este acel dispozitiv care măsoară timpul... Nu ne lămurim nici cu privire la timp, nici cu privire la ceas.
În esență, un ceas este un dispozitiv care are un mecanism ce presupune procese ciclice.
Putem măsura timpul, de exemplu, printr-un ceas cu pendul. Se mișcă stânga-dreapta un pendul, iar în funcție de această mișcare se mișcă unele mecanisme în interiorul ceasului, care, în final, face ca limbile ceasului să se miște. Dar acest nu este foarte precis.
Un ceas cu cuarț, de exemplu, presupune vibrarea unui cristal de cuarț (asupra căruia se acționează electric; de aceea are nevoie de o baterie) cu o frecvență de 32,768 de cicluri pe secundă. Totuși, imperfecțiunile din materialul care vibrează face ca ceasul să aibă mici diferențe între aceste cicluri, ceea ce face ca precizia ceasului să fie una foarte bună pentru activități cotidiene, dar nu pentru măsurători de mare precizie în fizică.
Un ceas atomic se folosește de un mecanism atomic, și anume schimbarea stratului energetic de către ultimul electron (stratul exterior) al atomului de cesiu, radiat cu lumină de o anumită frecvență. Electronul absoarbe și emite fotoni, schimbă stratul energetic ca urmare a acestui proces, iar frecvența cu care face aceste salturi stabilește cât durează o secundă pentru om. Așadar, timpul e dat de ciclicitatea salturilor unui electron.
Pentru comparație, un ceas atomic are o frecvență de 9,19 miliarde cicluri pe secundă.
Ceea ce măsoară (și afișează) un ceas, este, prin urmare, propria mișcare, regularitatea dinamicii sale, regularitatea „cevaului” utilizat pentru completarea ciclurilor pe care le-am menționat (indiferent de ce este acel „ceva”, în funcție de timpul de ceas, care poate avea un mecanism precum cel al unui ceas mecanic ori precum cel al unui ceas atomic).
Este important, desigur, pentru precizia ceasului, să nu fie schimbări ale condițiilor în care funcționează ceasul. O schimbare a contextului gravitațional sau accelerarea/ decelerarea ceasului are influențe asupra acestuia, iar ciclurile din condițiile inițiale nu mai sunt identice cu ciclurile din condițiile ulterioare.
Sunt toate „ceasurile” influențate de cosmos în moduri identice?
Aceasta mi se pare o întrebare fundamentală, pentru că cei care urmăresc acest site sau sunt interesați de fizică au observat că, în largă majoritate, fizicienii au tendința de face saltul de la cum sunt influențate ceasurile în condiții diferite (gravitație/ accelerație) la modul în care biologia este influențată de aceleași schimbări de condiții.
Mai simplu, se spune, de pildă, că un geamăn care trece prin diverse accelerări/ decelerări în cadrul unei călătorii cosmice, se va întoarce mai tânăr pe Pământ (vezi Paradoxul gemenilor).
Se presupune, așadar, că există o similaritate perfectă între ce se întâmplă cu ceasul care-l însoțește pe geamăn și ce se întâmplă cu organismul geamănului. Dar sunt lucrurile identice?
La urma urmelor, organismul uman și orice altă ființă, nu-și modifică în mod obligatoriu funcționarea internă pentru că se modifică modul în care se comportă mecanismul unui ceas.
Pe de altă parte, nu pot afirma nici că biologia nu este modificată de condiții gravitaționale diferite. Dar să stabilim o echivalență între cele două, ceas și organism, mi se pare că nu are nicio bază în teorie și/ sau experiment. Pare a fi pur și simplu o generalizare la tot ce există a unei constatări referitoare la un mecanism numit ceas.
Dacă am căzut de acord, că în cazul ceasurilor imaginate de Einstein, bazate pe fotoni, există o explicație pentru care ceasurile sunt influențate de schimbări gravitaționale (lumina este curbată, deci distanța parcursă de fotoni de la punctul A la punctul B este mai mare), nu cred că am căzut de acord cu privire la modul în care mecanismul celular suferă modificări în ce privește procesul de îmbătrânire.
Întrebări la care, după știința mea, nu există răspunsuri ar fi, printre altele:
• este influențat ritmul de funcționare al unei celule în același fel în care este influențat un ceas atomic, atunci când sunt plasate în condiții gravitaționale diferite?
• dacă da, ce anume și cum este influențat mecanismul celular?
• în ce fel se repercutează această influență asupra ritmului de îmbătrânire a organismului?
Mergând cu speculația mai departe, ne-am putea întreba, de pildă, dacă există vreo legătură între timpul măsurat de un ceas și ritmul (timpul) oricăror altor sisteme din univers.
Iar dacă tot suntem la capitolul „speculații”, m-aș mai întreba: se comportă în mod identic un ceas, aflat într-un câmp gravitațional puternic, cum ar pe suprafața Soarelui, indiferent de poziționarea sa în respectivul câmp? Dacă nu este clar despre ce vorbesc, citiți acest articol referitor la modul în care influențează gravitația un ceas fotonic.
Cu alte cuvinte, modul în care fotonii se deplasează în interiorul ceasului nu este influențat în mod diferit de unghiul pe care-l formează traiectoria acestora în raport cu centrul gravitațional (cum ar fi centrul Pământului)? Vor afișa două ceasuri atomice identice același timp, dacă sunt poziționate în mod diferit într-un câmp gravitațional puternic? Nu știu să se fi efectuat un astfel de experiment.
Și, pentru a fi mai clar, nu mă refer la faptul că viteza fotonilor ar fi influențată de poziționarea ceasului în câmpul gravitațional, ci dacă traiectoria luminii nu va fi mai lungă/ scurtă într-un ciclu complet la schimbarea poziției, ceea ce s-ar traduce în afișaje diferite ale timpului, dat fiind că un ciclu complet ar depinde de distanțe diferite în condiții de poziționare diferite.
Încercând un rezumat, aș spune că pare că fizica apelează în mod prea ușor la o extrapolare a constatării că anumite ceasuri se comportă diferit atunci când se schimbă contextul gravitațional, creând impresia că e de la sine înțeles că orice altceva va fi afectat, sub aspectul ritmului mecanismelor sale interne, în mod identic. Mi se pare că nu este deloc clar că așa stau lucrurile.
→ Citiți și: În ce fel afectează gravitația biologia?
