Ο Χρόνος στη Φυσική

Ο Χρόνος στη Φυσική

Επί του παρόντος ο χρόνος νοείται ως θεμελιώδης ποσότητα και όπως οι άλλες θεμελιώδεις ποσότητες -χώρος και μάζα- καθορίζεται μέσω της μέτρησης. Επίσης επί του παρόντος, η στερεότυπη χρονική μονάδα, το συμβατικό δευτερόλεπτο, ορίζεται ως η διάρκεια 9 192 631 770 περιόδων της ακτινοβολίας που αντιστοιχεί στη μετάβαση μεταξύ των δύο ανωτέρων επιπέδων της κατάστασης ελαχίστης ενέργειας του ατόμου ¹³³Cs.

Για την φυσική ο χρόνος είναι διάσταση που επιτρέπει σε δύο ταυτόσημα γεγονότα που συμβαίνουν στο ίδιο σημείο στον χώρο, να διακρίνονται μεταξύ τους. Το διάστημα ανάμεσα σε δύο τέτοια γεγονότα σχηματίζει τη βάση της μέτρησης του χρόνου. Για γενικούς σκοπούς η περιστροφή της γης γύρω από τον άξονά της παρέχει τις μονάδες μέτρησης της ημέρας ώρες και η τροχιά της γύρω από τον ήλιο (ουσιαστικά η φαινόμενη πορεία του ήλιου που παράγεται από τις ιδιαιτερότητες της γήινης τροχιάς) τις ημερολογιακές μονάδες. Όσον αφορά στη χρήση του χρόνου για επιστημονικούς σκοπούς, τα διαστήματα χρόνου καθορίζονται -όπως προαναφέρθηκε- με όρους συχνότητας μιας ιδιαίτερης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Ήδη από την εποχή της δημοσίευσης της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας το 1905, θεωρήθηκε ότι ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εγκατέλειψε την έννοια του απόλυτου χρόνου. Σε αυτό το εννοιολογικό πλαίσιο ο απόλυτος χρόνος εννοείται ως 'ο χρόνος που κυλά ισοδύναμα και ανεξάρτητα από την κατάσταση κίνησης του παρατηρητή'. Οι επιδράσεις της διαστολής του χρόνου και η κατάρρευση του απόλυτου ταυτόχρονου σημαίνουν ότι υπό αυτή την έννοια ο απόλυτος χρόνος δεν μπορεί να εφαρμοστεί στη μέτρηση ενός χρονικού διαστήματος.

Αν και οι φιλόσοφοι τείνουν να περιγράφουν το έργο του Αϊνστάιν ως έναρξη της επιστημονικής επανάστασης του 20ου αιώνα, πολλές από αυτές τις 'επαναστατικές ιδέες' δεν ήταν ακριβώς πρωτότυπες. Το 1898, για παράδειγμα, ο Ζυλ Πουανκαρέ (Jules Poincaré) (1854–1912), ο Γάλλος μαθηματικός, έθεσε το ζήτημα του απόλυτου ταυτόχρονου σχολιάζοντας ότι 'δεν έχουμε κάποια άμεση γνώση για την εξίσωση δύο χρονικών διαστημάτων'. Ο Πουανκαρέ φαίνεται πως κατανοούσε την ανάγκη του καθορισμού του τοπικού χρόνου για έναν δεδομένο παρατηρητή. Το 1904 παρατήρησε ότι τα ρολόγια που συγχρονίζονταν με φωτεινά σήματα μεταξύ παρατηρητών σε ενιαία σχετική κίνηση 'δεν δείχνουν την άληθινή ώρα, αλλά μάλλον αυτό που μπορεί να αποκαλέσει κανείς τοπική ώρα'.

Αναφέρεται συχνά ότι η θεωρία της σχετικότητας αφαιρεί τον απόλυτο χρόνο από τη μηχανική. Αυτό αληθεύει για τις μετρήσεις τους χρόνου που προαναφέρθηκαν,αλλά όχι τον ίδιο τον χρόνο ως οντότητα. Ο ορισμός του Νεύτωνα για τον απόλυτο χρόνο είναι ουσιαστικά φιλοσοφική έννοια και οι όποιες συζητήσεις έγιναν στην εποχή του είχαν φιλοσοφικό και όχι πειραματικό υπόβαθρο. Άλλωστε ίδιος ποτέ δεν ισχυρίστηκε ότι μπορεί κανείς να μετρήσει τον απόλυτο χρόνο. Τούτη η απόλυτρη οντότητα έπρεπε να γίνει διακριτή από τα αισθητά, 'φυσικά μέτρα' που εφαρμόζονται σε καθημερινές χρήσεις.

Στις απόψεις του Αϊνστάιν για το σύμπαν, οι περιγραφές ενός φυσικού φαινομένου πρέπει να είναι πλήρως σχετικιστικές ως προς τη φύση τους και απαιτούνται οι μετασχηματισμοί Λόρεντζ ανάμεσα στις συντεταγμένες των συστημάτων στην ενιαία σχετική κίνηση. Αντίθετα με το τι πιστεύεται γενικότερα, η νευτώνεια μηχανική δεν βασιζόταν στον απόλυτο χώρο και χρόνο και ήταν πλήρως σχετικιστική, αλλά με τη Γαλιλαιϊκή έννοια. Δηλαδή, απαιτούντο γαλιλαιϊκοί μετασχηματισμοί ανάμεσα στις συντεταγμένες των συστημάτων στην ενιαία σχετική κίνηση.

Εξετάζοντας το ταυτόχρονο ο Αϊνστάιν χρησιμοποίησε ουσιαστικά ένα νοητικό πείραμα. Ως αποτέλεσμα του πειράματος, κατά την άποψή του, έπρεπε να εγκαταλειφθεί η έννοια του ταυτόχρονου. Το σύμπαν του είναι αιτιατό και σε ένα αιτιατό σύμπαν δεν υπάρχει το ταυτόχρονο, όπως και δεν υπάρχουν ταυτόχρονα γεγονότα. Τα γεγονότα έχουν καθορισμένη τάξη, βασισμένη στην αιτιατή σειρά τους,η οποία δεν είναι δυνατόν να αλλαχθεί. Χωρίς να το δηλώνει άμεσα,ο Αϊνστάιν εισήγαγε έναν τρίτο παράγοντα στη θεωρία της σχετικότητας, ότι δηλαδή καμία πληροφορία δεν μπορεί να μεταδοθεί ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός. Τόσο για τον Νεύτωνα όσο και για τον Αϊνστάιν ο απόλυτος χρόνος είναι στην πραγματικότητα η απόλυτη σειρά των γεγονότων, που καθορίζεται από την αιτιότητα, και όχι η μέτρηση του χρόνου, που είναι αντικείμενο συνήθους παρατήρησης