จุดเจนัส

บาร์เบอร์อยู่ในค่ายของนักคิดเรื่องเวลา เช่นเดียวกับสภาวะเอนโทรปีต่ำแบบสุ่ม เขาเป็นคนที่หายากในวิชาฟิสิกส์: เป็นฟรีแลนซ์ หลังจากสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก ในปีพ.ศ. 2511 ที่มหาวิทยาลัยโคโลญจน์ในเยอรมนี เขาลาออกจากสถาบันการศึกษาเพื่อที่เขาจะได้มีสมาธิกับฟิสิกส์พื้นฐานมากกว่าการดำรงตำแหน่ง เขาอาศัยอยู่ในตำบลเล็กๆ แห่งหนึ่งในอังกฤษ (ประชากร 285 คน) ที่ซึ่งเสน่ห์ของชนบทและบ้านเรือนอายุหลายศตวรรษสร้างภาพลวงตาว่าเวลาได้ช้าลงตั้งแต่ยุคแห่งการตรัสรู้

การดำน้ำของ Barbour ในคำถามเกี่ยวกับลูกศรแห่งกาลเวลาเริ่มต้นขึ้นเมื่อหลายปีก่อน เขากำลังคิดเกี่ยวกับปัญหาร่างกาย n ซึ่งต้องกำหนดการเคลื่อนที่ของวัตถุหลายชิ้นที่ดึงเข้าหากันเนื่องจากแรงโน้มถ่วง เขาสงสัยว่าแรงโน้มถ่วงซึ่งส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของสสารอย่างชัดเจน อาจส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของเวลาด้วยหรือไม่ Barbour ทำงานเกี่ยวกับปัญหากับ Tim Koslowski จาก University of New Brunswick ในเมือง Fredericton ประเทศแคนาดา และ Flavio Mercati จาก Perimeter Institute for Theoretical Physics ในเมืองวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา พวกเขาสร้างจักรวาลของเล่นขึ้น ซึ่งเป็นแบบจำลองง่ายๆ ที่ใช้ตรวจสอบการทำงานของจักรวาลที่ซับซ้อนโดยไม่มีรายละเอียดที่ยุ่งเหยิงทั้งหมด จักรวาลนี้ประกอบด้วยอนุภาค 1,000 อนุภาคในพื้นที่ไร้ขอบเขตซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ผ่านแรงโน้มถ่วงของนิวตันเพียงอย่างเดียว

Barbour, Koslowski และ Mercati ไม่ได้เพียงแค่โยนอนุภาคและเล่นข่าวเท่านั้น 

สมมติว่าเวลาไหลไปข้างหน้าจะทำให้จุดประสงค์ของการฝึกเสียไป แต่พวกเขาปล่อยให้การจำลองฉีกและบันทึกชุดของสแน็ปช็อตเช่นเฟรมในภาพยนตร์ แต่ละเฟรมจับตำแหน่งของอนุภาคและบันทึกความซับซ้อนของระบบ ซึ่งเป็นการวัดปริมาณการแพร่กระจายและการจัดกลุ่มของอนุภาค (โดยส่วนใหญ่ ความซับซ้อนจะเพิ่มขึ้นตามเอนโทรปี) จากนั้นนักวิจัยได้รวมเฟรมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างภาพเคลื่อนไหวที่เชื่อมโยงกัน เหมือนกับคนที่สั่งภาพนิ่งจากวิดีโอที่จับภาพการเคลื่อนไหวของลูกตุ้มที่แกว่งไปมา

หลังจากทำการจำลองหลายครั้งด้วยจำนวนอนุภาคที่แตกต่างกัน Barbour และเพื่อนร่วมงานสังเกตเห็นรูปแบบที่ชัดเจน ในช่วงเวลาหนึ่งระหว่างการจำลองแต่ละครั้ง อนุภาคทั้งหมดจะรวมตัวกันเป็นลูกบอลที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ซับซ้อนน้อยที่สุด แล้วความซับซ้อนก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อเวลาผ่านไปจากช่วงเวลาที่ความซับซ้อนขั้นต่ำเพิ่มขึ้นในทิศทางใดของเวลาใดเวลาหนึ่ง จำนวนกระจุกและระยะห่างระหว่างพวกมันก็เช่นกัน

บาร์เบอร์และทีมของเขาได้เชื่อมต่อกับจักรวาลของเราทันทีและลูกศรแห่งกาลเวลา ในชั่วพริบตา อนุภาค 1,000 อนุภาคของจักรวาลของเล่นได้ก่อตัวเป็นลูกบอลที่แน่นและสม่ำเสมอ ซึ่งคล้ายกับสภาวะที่บิ๊กแบง จากจุดนั้น ลูกบอลได้ขยายไปสู่การจัดเรียงที่กระจัดกระจายและเป็นกระจุก ซึ่งชวนให้นึกถึงจักรวาลที่มีกระจุกดาราจักรในปัจจุบันมากขึ้น การขยายตัวนี้ การเปลี่ยนจากความเรียบง่ายไปสู่ความซับซ้อน เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทางของเวลา นั่นหมายความว่าสสารและพลังงานทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นเพื่อสร้างจักรวาลที่เราเห็นในปัจจุบันสามารถพัฒนาอย่างอิสระในทิศทางอื่นของเวลา สิ่งที่เรารู้ในฐานะจักรวาลอาจเป็นเพียงคู่เดียวที่มีอยู่ในพื้นที่เดียวกัน แต่ในเวลาต่างกัน

นักวิจัยสรุปว่าผู้สังเกตการณ์ที่อาศัยอยู่ในจักรวาลใดจักรวาลหนึ่งจะรับรู้ว่าเวลาที่ไหลไปในทิศทางของความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น ตั้งแต่หยดบิ๊กแบงจนถึงปัจจุบัน ลูกศรบอกเวลาสำหรับผู้สังเกตที่ด้านหนึ่งของไทม์ไลน์ดูเหมือนจะถอยหลังจากมุมมองของผู้สังเกตอีกด้านหนึ่ง แต่นั่นก็เป็นเรื่องวิชาการ ผู้สังเกตการณ์ไม่สามารถเปรียบเทียบโน้ตกับคู่ของตนได้เพราะนั่นจะต้องใช้ หวนคืนสู่ห้วงเวลา

ข้อเสนอของนักวิจัยแสดงให้เห็นว่า Boltzmann ไม่สามารถทำอะไรได้เมื่อเกือบ 140 ปีที่แล้ว: 

ความไม่สมดุลของเวลาสามารถเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติจากกฎทางกายภาพที่สมมาตรของเวลา อันที่จริง Barbour และเพื่อนร่วมงานได้พิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ว่าหากจักรวาลที่แท้จริงมีพฤติกรรมเหมือนของเล่น ลูกศรกาลเวลาที่ขับเคลื่อนด้วยแรงโน้มถ่วงจะต้องเกิดขึ้น ความหลีกเลี่ยงไม่ได้นี้สามารถแก้ปัญหาว่าทำไมเอนโทรปีในเอกภพยุคแรกจึงต่ำมาก บาร์เบอร์และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าบิ๊กแบงสามารถเป็นตัวแทนของช่วงเวลาที่ซับซ้อนน้อยที่สุดในช่วงเวลาหนึ่ง ซึ่งมักเกิดขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงทำงาน นักวิจัยตั้งชื่อจุดสำคัญนี้ว่าจุดเจนัส ตามชื่อเทพเจ้าแห่งการเริ่มต้นของโรมัน ผู้มีหน้าด้านหนึ่งมองไปทางอดีตและอีกหน้าหนึ่งมุ่งสู่อนาคต

“หลักฐานที่พวกเขามอบให้นั้นดีและสง่างาม” อากีร์เรกล่าว แต่เขาเตือนว่าบาร์เบอร์ยังมีหนทางอีกยาวไกลในการพิสูจน์ว่าการจำลองของเขา ซึ่งลดความซับซ้อนของแรงโน้มถ่วงและไม่สนใจฟิสิกส์ควอนตัม สามารถประมาณจักรวาลที่แท้จริงได้ Barbour กล่าวว่าทีมของเขากำลังทำงานเพื่อยืนยันว่าอนุภาคจะมีพฤติกรรมคล้ายกันในจักรวาลที่ควบคุมโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ครอบคลุมทุกอย่างของ Einstein

ภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกของเอนโทรปีของจักรวาลนี้รบกวนนักฟิสิกส์หลายคน พวกเขาต้องการพิสูจน์ว่าเอกภพเป็นแบบฉบับ ที่ไม่จำเป็นต้องโชคดีเป็นพิเศษเพื่อพัฒนาไปสู่สภาพปัจจุบัน แต่การวางกรอบยุคบิกแบงในแง่ของเอนโทรปีนั้นเป็นเรื่องเหลวไหล ย้อนกลับไปในตอนนั้น สสารและพลังงานถูกกักขังอยู่ในลูกบอลที่ร้อนและหนาแน่น นักฟิสิกส์บางคนพิจารณาว่าเป็นสภาวะที่มีระเบียบและมีเอนโทรปีต่ำ บางคนบอกว่ามันคล้ายกับภาชนะบรรจุโมเลกุลของก๊าซในสภาวะสมดุล นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ยอมรับว่ากฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์มีความสำคัญต่อการอธิบายลูกศรของเวลา แต่พวกเขายังต้องการพัฒนาทฤษฎีง่ายๆ ที่อธิบายการไหลของเวลา