Pulkstenis ne vienmēr rāda pareizu laiku. Profesora Auziņa zinātnes sleja

Turpinām skaidrot vienkāršā valodā atbildes uz zinātniski risināmiem jautājumiem Profesora Auziņa zinātnes slejā – šoreiz par laiku jeb "zudušo laiku meklējot", kas ir arī slavenā franču rakstnieka Marsela Prusta romāna nosaukums, kas starp citu, ir arī par katra cilvēka personīgo laika sajūtu. Kāds ir patiesais laiks – tas, ko jūtam, vai tas – ko rāda pulkstenis?

Ir viena lieta, kuras mums visiem vienmēr pietrūkst. Vienalga, vai mēs esam turīgi vai ne tik turīgi, jauni vai veci, sievietes vai vīrieši. Mums vienmēr pietrūkst laika. Taču – vai mēs īsti saprotam, kas ir laiks? Kas ir tas, kā mums pietrūkst?

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Mārcis Auziņš: "Kādēļ lasīt manus tekstus? Man šķiet, ka dabaszinātnes mēs bieži mēdzam "ignorēt", sakot, ka tās ir formālas, sausas un neinteresantas. Gribētos ļaut lasītājam ieraudzīt, ka tās ir daļa no mūsu dzīves – krāsainas un interesantas."

Biogrāfijas pieturzīmes:

  • Pēc profesijas fiziķis, šobrīd Latvijas Universitātes profesors, Eksperimentālās fizikas katedras un Lāzeru centra vadītājs.
  • No 2007. gada līdz 2015. bijis Latvijas Universitātes rektors.
  • Strādā kvantu fizikas jomā un ir vairāk nekā simts zinātnisko rakstu, kas publicēti pasaules vadošajos fizikas žurnālos, un vairāku simtu konferenču ziņojumu autors.
  • Kopā ar kolēģiem no Rīgas un Bērklijas uzrakstījis divas monogrāfijas, kas izdotas "Cambridge University Press" un "Oxford University Press" izdevniecībās un abas ir piedzīvojušas atkārtotus izdevumus.
  • Karjeras laikā dzīvojis un strādājis dažādās valstīs – Ķīnā un Taivānā, Amerikas Savienotajās Valstīs, Kanādā, Anglijā, Izraēlā un Vācijā.
Kā varam droši zināt, ka laiks rit uz priekšu? Jautājums varētu šķist jocīgs. Paskatāmies pulkstenī – tur sekunžu rādītājs kustas uz priekšu acīm redzami, un lēnāk, bet tam seko minūšu un stundu rādītājs. Tātad laiks rit, kustas uz priekšu. Taču – vai tas ir tik vienkārši?

Divas dažādas lietas nosauktas vienā vārdā – laiks

Es atceros savus skolas gadus, kā, reiz sēžot klubkrēslā sava tēva kabinetā (šķiet, ka bērnībā laika bija vairāk…), domāju – kā es zinu, ka laiks rit uz priekšu? Tikšķ pulkstenis pie sienas. Bet ja pulksteņa nebūtu? Pēc Saules augstuma virs horizonta. Nu labi, bet ja Saules arī nebūtu? Elektroni "riņķo" atomos ap atoma kodoliem. Bet, ja nekā nebūtu, vai laiks joprojām būtu?

Iedomājieties – nekā nav, ir tikai bezgalīgs tukšums. Jūsu un manis arī nav. Vai laiks vēl joprojām turpina ritēt uz priekšu? Ja turpina ritēt, vai to var zināt?

Atstāsim šo jautājumu uz brīdi neatbildētu un atgriezīsimies pie vienkārša pulksteņa, kurš mēra laiku. Ir bijuši un ir filozofi, kuri iebilst, ka tas, ko mēra pulkstenis, un tas, ko mēs katrs piedzīvojam, ir viens un tas pats laiks.

Iespējams, tās ir divas ļoti atšķirīgas lietas, ko mēs saucam vienā vārdā – laiks. Esmu drošs, ka katrs no mums ir piedzīvojis situācijas, kad laiks rit nenormāli ātri. Parasti tas ir tad, kad kaut ko darām ar lielu aizrautību un laiks paiet nemanot. Un arī pretēji. Mēs gaidām iekāpšanu lidmašīnā vai stāvam kādā rindā. Rodas vēlme uz kādu brīdi "izslēgt laiku", pārlēkt laikā uz priekšu, lai kārta rindā būtu jau pienākusi vai lidmašīna jau pacēlusies gaisā.

Starp citu, interesanti būtu zināt, ja šī iespēja pastāvētu, vai mēs tiešām gribētu laikā palēkt uz priekšu? Un daļu no sava ierobežotā dzīves garuma it kā izmestu. Vai tiešām būtu gatavi to darīt?

Vienas pareizās atbildes uz visiem šiem jautājumiem nav. Divi intelektuālās pasaules dižgari – fiziķis Alberts Einšteins un filozofs Anrī Bergsons – ilgus gadus par to gan publiski, gan arī privāti strīdējās. Vai patiesais laiks ir tas, ko mēra bezkaislīgs pulkstenis, vai tomēr laiks ir tas, ko katrs no mums emocionāli piedzīvo? Man šķiet, ka atbilde, iespējams, ir citur. Mēs vienkārši divas dažādas lietas, kas katra ir svarīga savā kontekstā, nosaucam vienā vārdā – laiks.

Laiks rit uz priekšu

Taču vienalga, vai tas būtu subjektīvais laiks, ko piedzīvojam, vai objektīvais laiks, ko mēra pulkstenis, viens gan ir skaidrs – laiks vienmēr rit tikai un vienīgi uz priekšu. Nav iespējams laikā kustēties atpakaļ. Kā mēs to droši varam apgalvot? Pirmkārt, nevienam, cik zināms, tas nav izdevies. Bet ir otrs – vēl būtiskāks arguments. Ir viena lieta, ko mēs savā dzīvē gribam uzskatīt par pasaules pamatu. Notikumiem ir cēloņi, kas izraisa sekas. Cēlonis VIENMĒR ir pirms sekām. Ja tā nebūtu, pasaule kļūtu patiešām neiespējama.

Kāpēc jālasa par zinātni?

Par to, kāpēc svarīgi skaidrot:

  • kas ir zinātne;
  • kā tā pamato pasaulē notiekošo;
  • kā to zinātniski pierāda.

Var lasīt šeit: Zinātnes sleja nopublicēta. Kāpēc «vienkāršajiem» cilvēkiem jāinteresējas par zinātni?

Lai to ilustrētu, atstāstīšu (kā es to atceros) epizodi no poļu fantasta un futūrista Staņislava Lema romāna, kurā aprakstīts šāds notikums. Kosmosa kuģa apkalpe ilgus gadus atradās ceļā. Cilvēki sāka nogurt, un daži kļuva par dīvaiņiem. Un tad vienā dienā pie kosmosa kuģa komandiera ieradās viens no apkalpes locekļiem ar savām pārdomām. Viņš teica – esmu ilgi domājis par savu dzīvi un nonācis pie grūta secinājuma – es esmu sapratis, ka esmu pats sev tēvs…

Padomājiet, ko šis cilvēks saka, un būs viegli saprast, ka šis ir mākslinieciskā formā ietērpts klasisks piemērs, kad sekas ir pirms cēloņa. Šim stāstam ir izvēlēta tāda forma, lai situāciju padarītu maksimāli absurdu. Mēs noteikti neesam gatavi noticēt, ka kāds var izrādīties pats sev tēvs, pats sevi radījis.

Tas vēlreiz liek jautāt, kādēļ telpā varam kustēties gan uz priekšu, gan atpakaļ, bet laikā tikai un vienīgi uz priekšu. Kādēļ tā?

Fiziķi, vismaz lielākā daļa no viņiem, domā, ka atbilde uz šo jautājumu slēpjas tajā apstāklī, ka jebkura sistēma, lieta un Visums kopumā virzās no sakārtotāka stāvokļa uz haotiskāku, mazāk sakārtotu. Jebkas, atstāts savā vaļā, sabrūk, sairst. Šī virzība no kārtības uz haosu nav nekas cits kā laika bultas virziens. Varam teikt, ka laiks ir virzība no kārtības uz haosu. Fiziķi, kā jebkuras citas profesijas pārstāvji, ir izdomājuši savu terminoloģiju jeb, vienkārši sakot, žargonu. Viņi nekārtības mēru sauc par entropiju un saka, ka laika virzību nosaka fakts, ka entropija pasaulē nepārtraukti pieaug.

Varat iebilst, ka ir taču daudz pretēju piemēru. Katrs no mums par sevi var domāt kā par šādu piemēru. Mēs esam sākušies no vienas šūnas un savā individuālajā dzīvē izveidojušies par samērā gudriem (tā mums par sevi gribas domāt) cilvēkiem. Jā, taisnība. Bet tas ir tikai tik ilgi, kamēr mēs turpinām nepārtraukti uzņemt enerģiju, elpojot un ēdot. Taču cits agrāk, cits vēlāk, bet vienreiz mēs pārstāsim to darīt un pilnīgi droši nonāksim līdz brīdim, kad par mums teiks – no pīšļiem tu esi nācis, par pīšļiem tev būs palikt… Te mēs atkal nonākam pie domas, ka laiks nav iespējams bez vielas, bez matērijas. Nav absolūta laika "tur ārā", kur nekā nav.

Laiku ietekmē telpa visi pulksteņi nerāda vienādi, bet ir pareizi

Un visbeidzot. Varbūt tomēr nemēģināsim izmežģīt prātu, domājot par laika ļoti abstrakto dabu. Paliksim pie tā, ka laiks ir tas, ko mēra mūsu pulksteņi. Tie kļūst elektroniski un aizvien precīzāki paši par sevi un vēl papildus mūsu viedierīces tos konstanti saskaņo ar precīzā laika dienestiem caur globālo tīmekli. Visi mūsu pulksteņi tātad rāda vienu un to pašu laiku. Neviens ne steidzas, ne arī atpaliek. Piemēram, tiešsaistes sapulcēs mēs vairs nevaram aizbildināties – atvainojiet, mans datora pulkstenis kavējās par dažām minūtēm, tādēļ nokavēju sanāksmes sākumu… 

Bet te nu kārtējais pārsteigums. Izrādās, ka mūsu ļoti precīzais atomu pulkstenis rādīs dažādu laiku atkarībā no tā, cik ātri tas kustēsies. Tam arī ir interesants iemesls, par kuru ikdienā visdrīzāk neesam aizdomājušies. Visi mūsu pulksteņi laiku mēra pastarpināti, atkarībā no procesiem, kas notiek TELPĀ. Piemēram, vectēva pulkstenis mājās pie sienas skaita, cik reizes skaistais misiņa svārsts, ko mīļi sauc par "pulksteņa pendeli", būs nosvārstījies. Un, lai kāds arī būtu modernais pulkstenis, mehānisks vai elektronisks, tas joprojām vienā vai citā veidā skaita noteiktus cikliskus procesus telpā.

Te slēpjas intriga. Iespējams, esam dzirdējuši, ka jau pieminētais Alberts Einšteins radīja relativitātes teoriju. Gribas jautāt, kādēļ relativitātes teorija? Kas tajā ir relatīvs? Izrādās, ka relatīvas ir tās pašas telpas īpašības, piemēram, garums. Un, ja caur telpā notiekošiem procesiem mēs mērām laiku, tad relatīvs kļūst arī laiks. Kā tas izpaužas? Piemēram, ja katrs paņemtu senu pulksteni ar vienāda garuma "pendeļiem", pēc tam jūs iesēdinātu kosmosa kuģī un "aizšautu" ar lielu ātrumu.

Tas, ko es redzētu, ka jūsu pulksteņa pendelis vairs nebūtu tikpat garš kā mana pulksteņa. Bet pulksteņi ar dažāda garuma pendeļiem dažādi skaita laiku. Kurš ir pareizais laiks? Izrādās, ka atbildes uz šo jautājumu nav.

Abi laiki ir pareizi. Fiziķu žargonā tas nozīmē – katrā atskaites sistēmā ir savs laiks.

Laiks, ko uztver GPS, nav tas pats, kas mums uz Zemes

Varētu šķist, ka viss šis stāsts ir abstrakts un nekādi neattiecas uz mūsu ikdienas dzīvi. Droši vien daļēji tā tas arī ir. Bet tikai daļēji un tādēļ, ka kāds cits mūsu vietā par šo jau ir padomājis. Viens piemērs, kādēļ tas ir svarīgi mūsu ikdienā. Daudzi no mums izmanto globālo pozicionēšanās sistēmu GPS, gan braucot mašīnā nepazīstamā vietā, gan telefonā tūrisma pārgājienā vai meklējot kādu adresi pilsētā.

Šajā rakstā neiedziļināsimies detaļās, bet mūsu GPS ierīce uztver signālu no vismaz trīs mākslīgajiem Zemes pavadoņiem, nosaka šo signālu pienākšanas laikus un, tos zinot, izrēķina ierīces atrašanās vietu attiecībā pret šiem pavadoņiem, bet tālāk to pārrēķina attiecībā pret vietu uz Zemes, kur jūs atrodaties. Lai noteiktu pavadoņu raidīto signālu pienākšanas laiku, ir jāzina, cikos tas tika noraidīts, cik rādīja pavadoņa pulkstenis. Taču pavadonis kustas gan ar lielu ātrumu (apmēram 14 000 kilometru stundā), gan – vēl svarīgāk, atrodas Zemes gravitācijas (pievilkšanas spēka) laukā. GPS pavadoņi riņķo ap Zemi apmēram 20 000 km augstumā, kur Zemes pievilkšanas spēks ir ievērojami mazāks nekā uz Zemes. Arī Zemes gravitācijas lauka stiprums ietekmē garumu telpā un tātad pavadoņa pulksteņa gaitu. Interesanti pamanīt, ka garuma izmaiņa pavadoņa kustības ātruma dēļ izraisa tā pulksteņa atpalikšanu no pulksteņa uz Zemes par apmēram 7 mikrosekundēm dienā, bet gravitācijas lauks, tieši pretēji, tā kustību paātrina par apmēram 45 mikrosekundēm dienā.

Viss kļūst grūti uztverams, tādēļ rēķinus atstāsim fiziķu ziņā. Taču, ja viņi nebūtu mūs iemācījuši to visu ņemt vērā, darbinot GPS ierīces, mūsu atrašanās uz Zemes būtu noteikta tik neprecīzi, ka no GPS iekārtām nebūtu nekāda labuma.

Taču, pateicoties fizikas attīstībai un fiziķu formulām, GPS veidotāji visus šos efektus ir ņēmuši vērā un mēs varam izbaudīt GPS tehnoloģiju piedāvātās ērtības.

Ko šis stāsts mums māca? Dažādas lietas, bet galvenokārt to, ka ir interesanti un lietderīgi dažreiz padomāt arī par šķietami acīmredzamo un vienkāršo, piemēram, par to, ko tad īsti mēs redzam, kad skatāmies savos pulksteņos. Aiz tā bieži vien slēpjas daudz interesanta un aizraujoša.

Kļūda rakstā?

Iezīmējiet tekstu un spiediet Ctrl+Enter, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Iezīmējiet tekstu un spiediet uz Ziņot par kļūdu pogas, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Vairāk

Svarīgākais šobrīd

Vairāk

Interesanti