Din erfarenhet av tid kan vara bakåt från resten av universum

Tidens flöde i en riktning är så intuitivt, så oföränderligt att vi tar det helt för givet. Sakerna faller inte upp; brutna bitar monteras inte igen; människor blir äldre, så det går. Men tiden är fortfarande ett mysterium. Fysikjämförelser verkar inte ha någon preferens för tidsriktighet - som palindrom, fungerar de lika bra i båda riktningarna. Faktum är att fysiska processer på mikroskopisk nivå tros faktiskt vara "tidssymmetriska" och ingen fysisk lag hävdar att tiden inte kan strömma i motsatt riktning. Så - kanske är det?

Ludwig Boltzmann var den första personen på rekord för att komma med en ganska solid anledning till att tiden hade riktning på makroskopisk nivå. Därigenom avgrände fysikern och filosofen i Wien några av de 1930-talets största sinnen. Han byggde på idéer Nicolas Léonard Sadi Carnot, den franska ingenjören, vars arbete med värmeöverföring ursprungligen beskriver ångmotorns beteende.

Carnot var i den franska militären under Napoleon när de förlorade för britterna. Därefter var det lite av en rivalitet mellan de två nationerna, inte den enda gången som detta har hänt. I synnerhet var fransmännen upprörd att britterna var så långt före dem i ångmotorteknologi tack vare andra som James Watt under det förra seklet. Så Carnot hoppade in i tävlingen och beskrev en teoretisk motor. Carnots motor var en perfekt effektiv motor som naturligtvis inte existerar, men är väldigt användbar för att tänka på dessa begrepp.

Vad Carnot insåg är att en perfekt effektiv motor är reversibel. Så länge du inte förlorar någon energi för att värma, kan du springa framåt eller bakåt så mycket som du vill utan förlust. Men så fort motorn inte är helt effektiv, om den till och med förlorar en liten bit värme, så kan du inte vända den processen längre. Du har förlorat en del av energin för alltid som värme. Det här är som att säga det bästa du någonsin kan göra är en imaginär enhörningsmotor som har noll summan entropi, men du kan aldrig få negativ entropi. Och i de flesta verkliga fallen kommer du bara att få positiv entropi (även om det här ordet inte existerade då).

Carnots idéer kodifierades senare och gjordes för att applicera på naturen av Rudolf Clausius, den tyska fysikern som födde entropi och därmed grunden för termodynamiken. Ingen av dessa män kunde förklara tid med detta begrepp, vilket i slutändan blev känt som Thermodynamikens andra lag. Men Boltzmann, som arbetade senare i århundradet, hade en fördel över dem. Namnlösa: Han trodde på atomer.

Atomteori tecknades inte allmänt på Boltzmanns dag. Kemister föredrog teorin eftersom det gjorde beräkningar enklare, men det verkade inte ha lika mycket stöd i andra discipliner. Genom att använda atomteorin beskriver fysikens lagar utan tvekan vår värld, eftersom de inte behöver postuleras, de kan helt enkelt härledas. (Värme är helt enkelt rörelsen av atomer, till exempel.) Även om han kämpade intensivt för att bevisa sina idéer vid den tiden visade Boltzmann i slutändan att entropi är ett mått på hur många atomer som komponerar ett objekt kan interagera sakens "störning", som vi tillfälligt approximerar den. Ännu viktigare, han visade att entropi har directionality, till skillnad från andra saker i universum. Han skrev:

"Den allmänna kampen för existens av animerade varelser är inte en kamp för råmaterial. Dessa för organismer är luftvatten och jord, allt rikligt tillgängliga, inte heller för energi som finns i mycket i solen och någon varm kropp i form av värme, utan snarare en kamp för entropi, som blir tillgänglig genom övergången från energi från den heta solen till den kalla jorden."

Denna riktighet är sådan att entropi började som ett lågt värde vid universums början (av okända anledningar) och ökar ständigt när universum åldras. Anledningen till detta är tydligen att det finns så många fler sätt att atomer ska kunna interagera när de sprids ut. Det är sant att någon fysisk process kan (och förmodligen) hända i båda riktningarna på mikroskopisk nivå, men eftersom det bara finns så många fler alternativ för atomväxlingar (särskilt när de sprids ut och blir mindre beställda) är det långt långt mer sannolikt att saker blir mindre beställda. I grund och botten, eftersom varje atom bryter sin ordnade interaktion, har den potentiellt hundratals andra interaktioner att välja mellan, och dessa val förstärker bara som andra atomer bryter mot deras interaktioner. Chanserna att en atom går strax tillbaka där den var var mycket, mycket låg. Entropi rör sig därför från låg till högt som universum åldras.

Till skillnad från andra fysiska processer betyder det att entropi har en specifik riktning mot den. Och det säger Boltzmann, där tidens pil kommer ifrån. Eftersom saker tenderar att röra sig i en riktning och inte den andra (även om de kan flytta i båda), upplever vårt universum directionality. Det faktum att ett splittrat glas endast har en oändligt liten sannolikhet att återmontera innebär att det på makroskopisk nivå inte finns symmetri. Tiden är skillnaden mellan ett tillstånd och ett annat i vårt universum. Så anledningen till att du kan bestämma vad du ska äta i kväll och inte i går är att entropin har reviderat universums tillstånd däremellan. Resurserna som existerade igår finns inte längre och har givit upphov till idag. Det är som att säga att varje ögonblick är sönderfallsprodukten från den föregående. På ett konstigt sätt ger sannolikheten anledning till tid.

Men nu överväga livet. En hel del av vad som definierar livet är dess tendens att motstå entropi. Så medan allt i universum flyttar från lägre till högre entropi, gör de levande saker motsatsen: Vi motstår jämvikt och bygger komplexitet - som i enklaste fysiska avseendet handlar om att tvinga molekyler att samverka på färre sätt. Observera att detta inte innebär att vi bryter mot andra lagen: så länge som andra delar i systemet kompenserar de lokaliserade minskningarna, tenderar hela systemet fortfarande att vara högre entropi. Varje dag som våra celler och organeller bygger och reparerar sig, trotsar vi det primära inslaget i fysisk materia som ger oss någon referenspunkt för tiden framåt marsch.

Så om Boltzmann hade rätt och det finns tid på grund av denna entropiska förändring, kanske är vår uppfattning om tidens gång det motsatta av allt annat i universum. Den tid då du kommer att dö är i "framtiden", men dina molekyler kommer knappast att märka. De kommer att vara knutna till syre.

Ändå är tiden relativt. Vi har kommit överens om att vår rörelseriktning genom det är "framåt", men det här är, låt oss möta det, godtyckligt. I förhållande till någonting annat i universum kanske detta kan vara bakåt. Så "universums början" kan faktiskt vara slutet på det. Det betyder att entropin började högt och blir mindre. Det betyder att du kanske går tvärsögd och sätter allt ihop, men att allting fortfarande fungerar, precis exakt bakåt från vad vi tror på. Det är svårt att föreställa sig hur det här kan se ut.

Vad händer om allt var vänd och omvänd? När vi bygger en klocka för att övervaka tidens gång som räknar upp sekunderna, kan resten av universum se nedräkning. Vad som ser ut som en soluppgång i öst och en solnedgång i väst skulle vara en vändning av jordens snurr med hänsyn till andra himmelska kroppers perspektiv. Och oändlighetskriget vi kämpar mot har redan hänt. Vi är som små fläckar i tiden kontinuum som vänder om alla värden, och bara uppfattar tiden framåt eftersom eons ago, biologi hackade fysik.

I slutändan skulle mitt förslag här kunna komma ner till semantiken. Om tiden verkligen är skillnaden från ett tillstånd till en annan, så är "tid" som vi vet det bara vår erfarenhet av förändringen, men den förändringen sker. Att tilldela det en riktning är lite godtycklig. Och även om vi kan vara en manifestation av en reversering i entropi, finns det ingen uppenbar anledning att tro att faktum skulle påverka vår uppfattning om riktningen av andra förändringar. Det borde vara möjligt att vara gjord av de motsatta sakerna av allt annat - det vill säga att leva - och märka fortfarande framåtriktningen i det sätt sakerna förändras.

Begreppet "illusionen av tid" är inte riktigt relevant för fysiken, eftersom det är tydligt att tiden solidt existerar i ekvationerna. Math är inte tvetydig om detta. Uppfattningen av tid är emellertid mer inom neurovetenskapens område (trots att det är omöjligt att testa, vilket gör det här inget mer än ett snyggt tankeexperiment för tillfället). På samma sätt som din hjärna ignorerar det faktum att du alltid kan se din näsa, kan det också finnas en sorts behandling som filtrerar vår uppfattning om tid.

I vilket fall som helst, tanken att vår känsla och erfarenhet av "saker som förändras" är bakåt från vad som helst livligt föremål kan uppleva, om det kan uppleva någonting, är en spännande, om bara ett tankexperiment. Det börjar dra på själva begreppet tid, vilket helt enkelt kan vara ett fint ord för "saker som händer". Så länge som någonting omkring dig inträffar, kan du åtminstone försäkra dig om att du kommer fram i framtiden, beroende på vilken riktning du hittar det.