Hvad er tid?
CLASSIC: En læser undrer sig over, hvad tid er. Går tiden ens overalt i universet, og kan man forestille sig, at den begyndte at løbe baglæns?
Det kan være ret indviklet at prøve at forstå tiden. Vidste du, at den for eksempel går langsomst for dem, der bevæger sig hurtigst? (Foto: Colourbox).

Spørg Videnskaben Classic: Denne artikel er en genpublicering.
Den blev oprindelig bragt 22. august 2011.

Tiden er noget, vi alle holder skarpt øje med. Vi kigger forjagede på uret om morgenen, når vi endnu engang er kommet for sent af sted til arbejde, fejrer fødselsdag når vi er blevet et år ældre og begraver vores kære, når deres tid er rindet ud.

Men hvad er tid egentlig, spørger en læser.

»Findes der en videnskabelig måde at definere tiden på, og hvad er det, tiden måler? Jeg har hørt, at tiden går forskelligt, afhængigt af hvor hurtigt man bevæger sig. Er det rigtigt?« spørger Ulla Petersen.

Tid kan ikke defineres

Videnskab.dk tager sig tid til at ringe til fysiker Ulrik Uggerhøj på Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet. Han forsker i tid og har også skrevet en populærvidenskabelig bog om begrebet.

»Man kan rent faktisk slet ikke definere, hvad tiden er,« siger han og fortæller, at mange ellers har forsøgt sig, deriblandt den berømte amerikanske fysikprofessor John Wheeler.

»Wheeler forsøger at definere tid ved at sige, at tiden er naturens måde at undgå, at alting sker på én gang. Det lyder jo også umiddelbart besnærende og rigtigt. Men når han siger ’på én gang’, så er det underforstået at der er noget, der hedder tid, og så er det, at argumentationen begynder at gå i ring,« siger Ulrik Uggerhøj.

Fakta

Set udefra ville det tage en person uendelig lang tid at falde ind i centret af et sort hul. Ofret selv ville derimod ikke opleve det sådan; for ham ville sådan et fald kun tage en time.

Selv om tiden er et begreb, det er svært at definere explicit, kan man ifølge Ulrik Uggerhøj godt give folk et indtryk af, hvad det måler.

»Tid kan siges at være lig med processer. Tiden kan ikke gå, hvis alting står stille, for i så fald ville et ur eller en detektor jo heller ikke kunne måle noget, og det giver ingen mening,« siger Ulrik Uggerhøj.

Universet går fra orden til uorden

Tiden blev født sammen med universet. Den begyndte altså at gå under Big Bang for 13,6 milliarder år siden. 

Dengang universet blev født, herskede der en stor grad af orden, det vil sige, at man kunne beskrive universets tilstand med ganske få oplysninger. Men universet blev efterhånden mere og mere komplekst med galakser, stjerner og planeter. Universets grad af uorden, den såkaldte ’entropi’, voksede.

Koblingen mellem entropien og tiden blev første gang beskrevet af fysikeren Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906). Han fandt ud af, at tiden udvikler sig i den retning, der øger entropien.

»I begyndelsen må der have været et eller andet, der har trukket universets ur op, hvorefter universet har udviklet sig fra en grad af ekstrem orden til en grad af stor uorden. Man ved endnu ikke, hvad det var for en hændelse, der kickstartede det,« fortæller Ulrik Uggerhøj.

Tiden går langsommere for objekter i bevægelse

Fakta

GPS-systemer er baseret på sateliter, der suser rundt om Jorden med høj fart. Tiden går langsommere for disse sateliter, end den gør for menneskene på Jorden, som beskrevet af Relativitetsteorien. Det har man måttet kompensere for.

GPS-systemet har derfor en indbygget relativistisk korrektion, så man undgår fejlmålinger. Uden korrektion ville positionsmålingerne efter bare én dag skyde omkring 10 kilometer forkert.

Universet som helhed har altså en universel tid, som skrider fremad efterhånden som rummet udvider sig, men der findes også et andet tidsbegreb, den lokale tid.

Den tid varierer fra objekt til objekt, afhængigt af hvor hurtigt de bevæger sig i forhold til deres omgivelser, hvilket er beskrevet i Einsteins relativitetsteori.

Tiden går f.eks. langsommere for en person, der rejser ud gennem rummet med en hastighed tæt på lysets, end den gør for mennesker på Jorden.

»Rejser jeg ud til centret af vores galakse, Mælkevejen, og tilbage igen med tæt på lysets hastighed, vil jeg kunne gøre det på 23 af mine egne år, hvis jeg undervejs accelererer (hhv. op og ned) med det, der svarer til tyngdeaccelerationen på Jorden. Der er 75.000 lysår til centeret, så i den mellemliggende  tid er der gået 150.002 år på Jorden, da min rumrejse ret hurtigt vil foregå med så tæt på lysets hastighed, at man for praktiske formål kan sætte lighedstegn,« siger  Ulrik Uggerhøj.

»Alle mine venner og slægtninge vil  altså være væk, fordi jeg er rejst frem i tiden - jeg har brugt 23 af mine egne år, målt f.eks. ved antal hjerteslag, til at komme mere end hundredtusind år ind i alle andres fremtid, målt f.eks. ved deres antal hjerteslag. Min tid er ikke nødvendigvis den samme som din tid, hvis vi bevæger os i forhold til hinanden, men i hverdagssammenhænge er forskellen utrolig svær at måle. For elementarpartikler med hastigheder tæt på lysets, er sagen derimod helt klar, og forholder sig som beskrevet i eksemplet,« uddyber han.

Rejser tilbage i tid kræver negativ energi

Rejser til fremtiden kan altså lade sig gøre. Men det er straks mere tvivlsomt, om man kan rejse tilbage i tid.  

Ifølge Relativitetsteorien kunne der i realiteten godt eksistere såkaldte ormehuller, der er en slags kanal eller genvej mellem fortid og nutid.  Sådanne ormehuller skulle opstå og forsvinde momentant, men kunne man finde en måde at holde dem åbne på, burde man i princippet kunne nå at rejse igennem dem.

Fysikeren Steven Hawking blev forledt til den konklusion at tiden kan gå baglæns, men teorien kan ikke forudsige noget, der er forkert. I teorien kan det godt se ud som om tiden løber baglæns, men det er bare fordi man har brugt et matematisk trick, som ikke har hold i virkeligheden.

Ulrik Uggerhøj

Men det, som kan lade sig gøre i teorien, er ikke nødvendigvis realiserbart, for der er utroligt mange ting, der skal gå i opfyldelse, før man kan rejse af sted.

Først skulle man finde et ormehul, som man herefter skulle blæse tilstrækkeligt meget op til, at en astronaut kan rejse igennem det, fortæller Ulrik Uggerhøj.

Endelig skal man sørge for at holde ormehullet åbent, hvilket kræver tilstedeværelse af meget store koncentrationer af negativ energi, hvis størrelsesorden svarer til outputtet af et kulkraftværk. Det skal så oven i købet mases ned i en dimension, der svarer til udstrækningen af en proton.

»Det er formentlig ikke muligt, hverken nu eller i fremtiden, så jeg mener ikke, at rejser tilbage i tiden er en realistisk drøm,« siger Ulrik Uggerhøj. 

Kendt fysiker kom på vildspor

Tiden har indtil videre rullet fremad, men sådan bliver det ikke nødvendigvis ved med at være. Der findes forskere, der tror på, at universet engang i fremtiden vil begynde at trække sig sammen igen. Disse teorier har skabt en debat om, hvorvidt tiden i så fald vil begynde at rulle baglæns.

En af de fysikere, der har overvejet muligheden, er den berømte fysiker Steven Hawkings, der er en stjerne inden for sit forskningsfelt, Relativitetsteorien. 

»Hawking blev forblændet af teorien, som dog i bund og grund var bundet op på en matematisk finurlighed. Han droppede idéen, da han fik tænkt sig om. Men der findes teoretiske fysikere, der stadig opfatter fysikkens ligninger som virkelighed. De mener, at ligningerne ikke beskriver virkeligheden, men ER virkeligheden, og det synspunkt er jeg helt uenig i,« siger Ulrik Uggerhøj og slutter:

»For mig handler det om at beskrive virkeligheden. Den er, hvad den er. Vi kan ikke sige, at naturen skal opføre sig, som ligningerne siger. Det er lige omvendt. Ligningerne skal opføre sig, som naturen gør, og tiden bliver tydeligvis ved med at rulle forlæns,« siger han.

Vi sender en T-shirt til Ulla som tak for det interessante spørgsmål.

Du kan læse flere svar i Spørg Videnskaben eller selv stille et spørgsmål ved at sende en mail til sv@videnskab.dk

Tid og entropi er bundet sammen

Den universelle tid er et mål for, hvor meget information der skal til for at kunne beskrive universets samlede tilstand helt præcist. Jo mere information, du skal bruge for at beskrive en tilstand jo mindre ordnet er den.

Graden af orden er angivet ved systemets ’entropi’, som kan visualiseres ved hjælp af et sæt spillekort. Et nyt sæt spillekort, der lige er taget ud af pakken, er meget velordnet. Alle kortene ligger i sirlig rækkefølge fra Es til Konge, og de gør det med ruder, hjerter klør og spar. Orden bliver afløst af uorden når kortene blandes. Allerede efter at have blandet dem én gang skal man bruge mange sætninger for at beskrive, hvordan kortene nu ligger. 

»Det sidste sæt spillekort har en større entropi end det første, fordi kortene ikke længere ligger ordnet, og det kræver mere forklaring at beskrive kortenes indbyrdes placering,« siger Ulrik Uggerhøj.