Jak istnieje czas? Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS http://bacon.umcs.lublin.pl/~lukasik E-mail: lukasik@bacon.umcs.lublin.pl www.filozofia.umcs.lublin.pl

Czas… Jedna z podstawowych kategorii ludzkiego doświadczenia Czasowy charakter świadomości Jedno z podstawowych pojęć filozofii i nauki Obecnie potrafimy manipulować pojedynczymi atomami, ale nie potrafimy manipulować czasem – nie potrafimy podróżować w czasie, zmieniać „tempa upływu” czasu… Np. „zmiana czasu” (letniego na zimowy lub odwrotnie) jest jedynie zmianą położeń wskazówek zegarów i niczym więcej. Ruch wskazówek zegarów i wszelkie zjawiska postrzegamy „w czasie”. Ruch wskazówek zegara nie jest czasem – jak istnieje czas? www.umcs.filozofia.lublin.plasem

Czas – realność czy złudzenie? Heraklit: wariabilizm (zmienność wszelkich rzeczy) – nie można dwa razy wejść do tej samej rzeki, panta rhei (Πάντα ῥεῖ) wszystko płynie. Parmenides: statyzm „Należy mówić i myśleć, że tylko byt istnieje. To bowiem, co jest, istnieje, a to, co nie jest, nie istnieje”. Upływ czasu jest złudzeniem www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas jest miarą ruchu Czas nie istnieje bez zmiany; bo gdyby stan naszej myśli w ogóle nie podlegał zmianie, albo gdybyśmy nie doznawali tych zmian, nie odczuwalibyśmy upływu czasu. Albowiem czas jest właśnie ilością ruchu ze względu na „przed’ i „po’”. (Arystoteles) Czas przez się również nie istnieje, lecz tylko po rzeczach zmysł dochodzi, co się odbyło w przeszłości, jaka rzecz potem nastaje i wreszcie, co dalej nastąpi. I wyznać należy, że nikt nie odczuwa samoistnego czasu poza ruchem rzeczy i ich spokojnym wypoczynkiem. (Epikur) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czym jest czas? Czymże więc jest czas? Jeśli nikt mnie o to nie pyta, wiem. Jeśli pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem. Z przekonaniem jednak mówię, że wiem, iż gdyby nic nie przemijało, nie byłoby czasu przeszłego. Gdyby niczego nie było, nie byłoby teraźniejszości. Owe dwie dziedziny czasu – przeszłość i przyszłość – w jakiż sposób istnieją, skoro przeszłości już nie ma, a przyszłości jeszcze nie ma. Teraźniejszość zaś, gdyby zawsze była teraźniejszością i nie odchodziła w przeszłość, już nie czasem byłaby, ale wiecznością. Jeśli więc teraźniejszość jest czasem tylko dlatego, że odchodzi w przeszłość, to jakże i o niej możemy mówić, że jest, skoro jest tylko dzięki temu, że jej nie będzie. Nie możemy więc mówić, że czas jest, jeśli nie dodajemy, że zmierza on do tego, że go nie będzie. (Św. Augustyn, Wyznania, ks. XI 14) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Co mierzę, mierząc czas? … mówimy o czasie „długim” (np. stulecie) lub „krótkim” (np. kilka dni), ale w stuleciu pewne lata należą do przyszłości (jeszcze ich nie ma), inne do przeszłości (już ich nie ma) – podobnie w odniesieniu do dni, godzin, minut, sekund… przeszłości już nie ma – nie może być „długie” lub „krótkie” to, co już nie istnieje przyszłości jeszcze nie ma – nie może być „długie” lub „krótkie” to, co jeszcze nie istnieje teraźniejszość – „nie ma żadnej rozciągłości” (nieskończenie krótka chwila między przeszłością, której już nie ma, a przyszłością, której jeszcze nie ma)… Czy można mierzyć to, co nie istnieje? Jednak mierzymy czas… Czy przeszłość i przyszłość istnieje? – w teraźniejszości? „Jakieś tego rodzaju trzy dziedziny istnieją w duszy; ale nigdzie indziej ich nie widzę”. pamięć – dostrzeganie – oczekiwanie (Św. Augustyn, Wyznania, ks. XI, 15-20) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas istnieje w umyśle Pomimo to mierzymy czas – chociaż nie możemy mierzyć ani tego, czego jeszcze nie ma, ani tego, czego już nie ma, ani tego, co nie ma żadnej rozciągłości, ani tego, co jest bez początku i kresu. Nie mierzymy więc ani przyszłości, ani przeszłości, ani teraźniejszości, ani czasu właśnie przemijającego. A jednak mierzymy czas. W tobie, umyśle mój, mierzę czas. To wrażenie mierzę, kiedy mierzę czas. Albo to właśnie jest czasem, albo wcale nie mierzę czasu. „Co czynił Bóg, zanim niebo uczynił i ziemię?” „Dlaczego postanowił coś uczynić, skoro przedtem nic nie czynił?” Augustyn – „nie może istnieć czas bez stworzenia”. (Św. Augustyn, Wyznania, ks. XI, 26, 30) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas jest absolutny Absolutny, prawdziwy i matematyczny czas, sam z siebie i z własnej natury, płynie równomiernie bez względu na cokolwiek zewnętrznego i inaczej nazywa się „trwaniem”, względny, pozorny i potocznie rozumiany czas jest pewnego rodzaju zmysłową i zewnętrzną (niezależnie od tego, czy jest dokładny, czy nierównomierny) miarą trwania za pośrednictwem ruchu; jest on powszechnie używany zamiast prawdziwego czasu; taką miarą jest na przykład: godzina, dzień, miesiąc, rok. (Isaac Newton, Philosophiae naturalis principia mathematica, 1687) Absolutystyczna koncepcja czasu www.umcs.filozofia.lublin.pl

Pojęcie równoczesności dwóch zdarzeń Tempo upływu czasu nie zależy od układu odniesienia (w całym Wszechświecie czas „płynie” tak samo) Pojęcie równoczesności dwóch zdarzeń ma charakter absolutny (niezależny od układu odniesienia) Podział zdarzeń na przeszłe, teraźniejsze i przyszłe ma charakter absolutny (niezależny od układu odniesienia) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas jest relacją Rozumowania nasze opierają się na dwóch wielkich zasadach: na zasadzie sprzeczności, na mocy której osądzamy jako fałszywe to, co jest sprzecznością objęte, i jako prawdziwe to, co jest przeciwstawne fałszowi lub z nim sprzeczne. […] Opierają się też na zasadzie racji dostatecznej, na mocy której stwierdzamy, że żaden fakt nie może okazać się rzeczywisty, czyli istniejący, żadna wypowiedź prawdziwa, jeżeli nie ma racji dostatecznej, dla której to jest takie, a nie inne; chociaż racje te najczęściej nie mogą być nam znane”. (G. W. Leibniz, Zasady filozofii, czyli monadologia, s. 303). Co do mnie, niejednokrotnie podkreślałem, że mam przestrzeń za coś czysto względnego, podobnie jak czas, mianowicie za porządek współistnienia rzeczy, podczas gdy czas stanowi porządek ich następstwa. G. W. Leibniz, Polemika z S. Clarkiem, s. 336 www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas nie istnieje bez rzeczy „[…] przyjmując, że ktoś pyta, dlaczego Bóg nie stworzył wszystkiego raczej o rok wcześniej, oraz że ta sama osoba zechce stąd wnosić, iż uczynił coś, dla czego niepodobna znaleźć racji, dla jakiej uczynił właśnie tak, a nie inaczej, należałoby mu odpowiedzieć, że jego wywód byłby słuszny, gdyby czas był czymś zewnętrznym wobec rzeczy czasowo trwających, jako że niepodobna znaleźć racji, dla jakiej rzeczy przy zachowaniu tego samego ich następstwa miałyby być połączone raczej z tymi chwilami niż z innymi. Atoli już to samo dowodzi, że zewnętrzne wobec rzeczy chwile nie są niczym i polegają wyłącznie na porządku następczym tych rzeczy, tak że gdy ten porządek pozostaje bez zmiany, wtedy z dwóch stanów rzeczy jeden — wyobrażony w antycypacji — nie różni się niczym i nie może być odróżniony od tego, który zachodzi obecnie” (G. W. Leibniz, Polemika z S. Clarkiem, s. 336-337) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas jest aprioryczną formą zmysłowości Czas jest „formą naszej wewnętrznej naoczności. Jeśli odbierze się jej ten szczególny warunek naszej zmysłowości, to znika również pojęcie czasu; czas przywiązany jest bowiem nie do samych przedmiotów, lecz tylko do podmiotu, który je ogląda. […] Chcieliśmy więc powiedzieć, że wszelkie nasze oglądanie nie jest niczym innym jak przedstawianiem sobie pewnego zjawiska; że ani rzeczy, które oglądamy, nie są same w sobie tym, za co je bierzemy w naoczności, ani też stosunki między nimi nie są same w sobie takie, jak nam się przejawiają; i że gdybyśmy w ogóle usunęli nasz podmiot lub choćby tylko podmiotową ważność zmysłów, to znikłyby wszelkie te własności, wszelkie stosunki między przedmiotami w przestrzeni i czasie, a nawet sama przestrzeń i czas, gdyż jako zjawiska nie mogą istnieć same w sobie, lecz tylko w nas. […] Przestrzeń i czas są jego czystymi formami, a jego materią są wrażenia w ogóle”. (I. Kant, Krytyka czystego rozumu, t. 1, „O czasie”). www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas jest względny… www.umcs.filozofia.lublin.pl

Geneza teorii względności Każda teoria naukowa jest rozwiązaniem pewnego problemu. Fizyka klasyczna (Newton, 1687) zasada względności Galileusza: ruch jest względny prędkość ciała zależy od układu odniesienia (pojęcie absolutnego spoczynku nie ma fizycznego sensu) Przykład: v pociągu = 100 km/h; u’ pasażera względem pociągu = 5 km/h u = 100 + 5 = 105 km/h (pasażer idzie zgodnie z kierunkiem ruchu pociągu) u = 100 – 5 = 95 km/h (pasażer idzie przeciwnie do kierunku ruchu pociągu) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Problem: ruch Ziemi względem eteru James Clerk Maxwell (1864) – elektrodynamika klasyczna światło jest falą elektromagnetyczną rozchodzącą się w eterze Prędkość światła powinna zależeć od kierunku ruchu (zgodnie z zasadą względności Galileusza; por. pasażer w pociągu) Ziemia porusza się względem Słońca z prędkością v = 30 km/s. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Eksperyment Michelsona–Morley’a Istota eksperymentu: v Ziemi = 30 km/s; c = 300 000 km/s Pomiary prędkości światła powinny dawać 300 000 + 30 km/s lub 300 000 – 30 km/s Rezultaty: zawsze c = 300 000 km/s niezależnie od ruchu Ziemi! Albert A. Michelson Edward Morley www.umcs.filozofia.lublin.pl

Szczególna teoria względności Albert Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Kőrper, „Annalen der Physik” 1905, 17, s. 891-921 (O elektrodynamice ciał w ruchu) „bezowocne usiłowania wykrycia ruchu Ziemi względem eteru sugerują, że zjawiska elektromagnetyczne, podobnie jak mechaniczne nie mają żadnych własności odpowiadających idei absolutnego spoczynku” (Albert Einstein) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Szczególna zasada względności Postulat względności: prawa fizyki są takie same we wszystkich inercjalnych układach odniesienia (rozszerzenie zasady względności Galileusza na zjawiska elektromagnetyczne) Postulat stałości prędkości światła w próżni: prędkość światła w próżni jest taka sama we wszystkich układach odniesienia. c = 299 792 458 m/s = ok. 300 000 km/s np. dystans Księżyc – Ziemia światło pokonuje w ok. 1 s. Słońce – Ziemia ok. 8 min. 21 s. od najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) ok. 4 lata Prędkość światła w próżni jest maksymalną prędkością w przyrodzie. Żadne ciało nie może osiągnąć prędkości światła. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Względność równoczesności Równoczesność zdarzeń zależy od układu odniesienia. Dwa zdarzenia równoczesne dla obserwatora w poruszającym się układzie odniesienia (np. w jadącym pociągu) nie są równoczesne dla obserwatora w układzie spoczywającym (np. związanym z torami kolejowymi). Nie ma sensu pojęcie absolutnej równoczesności (bez względu na układ odniesienia). W układzie pociągu: światło dotrze do obu końców wagonu równocześnie. W układzie torów: światło dotrze najpierw do części tylniej a później do części przedniej. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Względność czasu Czas w poruszającym się układzie odniesienia płynie wolniej (zegar w poruszającym się układzie odniesienia chodzi wolniej w stosunku do zegara w układzie spoczywającym). Dylatacja czasu www.umcs.filozofia.lublin.pl

Względność przestrzeni Wymiary ciała ulegają skróceniu w kierunku ruchu Kontrakcja Fitzgeralda–Lorentza www.umcs.filozofia.lublin.pl

Paradoks bliźniąt Czas w „poruszającym się” układzie płynie wolniej… www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czasoprzestrzeń Newton – absolutny czas i absolutna przestrzeń Szczególna teoria względności – powiązanie czasu i przestrzeni w czterowymiarową czasoprzestrzeń Minkowskiego zdarzenia Z (x, y, z, t) Interwał czasoprzestrzenny ds2 > 0 – interwał czasowy ds2 = 0 – interwał zerowy ds2 < 0 – interwał przestrzenny („gdzie indziej”) Zdarzenia nie mogą być połączone związkiem przyczynowo-skutkowym) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Przestrzeń jest absolutna Czas jest absolutny Przestrzeń jest absolutna Interwał czasoprzestrzenny jest niezmienniczy względem transformacji układu współrzędnych efekty teorii względności mają znaczenie dla bardzo dużych prędkości (porównywalnych z c) dla małych prędkości stosujemy nadal fizykę Newtona Czas jest względny Przestrzeń jest względna Czasoprzestrzeń jest absolutna www.umcs.filozofia.lublin.pl

Interpretacje czasoprzestrzeni STW Podział na zdarzenia przeszłe i przyszłe nie ma charakteru absolutnego, ale zależy od układu odniesienia… Eternalizm – czas jest jedynie wymiarem, zarówno przeszłe zdarzenia jak i przyszłe istnieją tak samo realnie, jak teraźniejsze, odrzucenie obiektywności „upływu czasu”; block universe (wszechświat Parmenidesowy); czasoprzestrzeń istnieje jako czterowymiarowa realność Transjentyzm – pogląd zakładający realność upływu czasu Prezentyzm – istnieje tylko teraźniejszość Dla nas, wyznawców fizyki rozróżnienie pomiędzy przeszłością, teraźniejszością a przyszłością jest niczym innym, jak uparcie podtrzymywaną iluzją. (Albert Einstein) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas w ogólnej teorii względności prawa fizyki są lokalnie takie same dla wszystkich (inercjalnych i nieinercjalnych) układów odniesienia Zasada równoważności: pole grawitacyjne jest lokalnie równoważne polu bezwładności www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czasoprzestrzeń i materia w ogólnej teorii względności Rozkład mas determinuje geometrię czasoprzestrzeni (zakrzywienie czasoprzestrzeni) Pole grawitacyjne zakrzywia tor promieni świetlnych (w obecności mas geometria przestrzeni przestaje być geometrią Euklidesa) Tempo upływu czasu zależy od natężenia pola grawitacyjnego www.umcs.filozofia.lublin.pl

Strzałka czasu Co odróżnia przeszłość od przyszłości? Doświadczanie ludzkie – przemijanie; nieodwracalność czasu, czas „płynie”… Filozofia – czy przemijalność jest fundamentalną ontologiczną cechą rzeczywistości? Ujęcie psychologiczne: Przeszłość – pamięć Przyszłość – wyobraźnia, oczekiwanie Ujęcie subiektywistyczne i indywidualne Jakie procesy w przyrodzie są odpowiedzialne za istnienie wyróżnionego kierunku czasu? Zagadnienie obiektywnej różnicy między przeszłością a przyszłością. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Niezmienniczość względem inwersji w czasie… Newton: „Absolutny, prawdziwy i matematyczny czas, sam z siebie i z własnej natury, płynie równomiernie bez względu na cokolwiek zewnętrznego…” Jakie prawo (prawa) fizyki są odpowiedzialne za strzałkę czasu? Wszystkie równania mechaniki klasycznej (także relatywistycznej) są niezmiennicze względem inwersji czasu (zamiany w równaniach t na –t). Dlaczego nie obserwujemy zdarzeń zachodzących wstecz w czasie? www.umcs.filozofia.lublin.pl

II zasada termodynamiki a strzałka czasu I zasada termodynamiki: w układzie izolowanym zmiana energii wewnętrznej układu = ciepło dostarczone układowi + praca wykonana nad układem zasada zachowania energii dla przemian cieplnych – nie można zbudować perpetuum mobile – urządzenia, które wykonywałoby pracę bez pobierania energii z otoczenia Entropia: II zasada termodynamiki: w układzie izolowanym (takim, który nie wymienia ciepła z otoczeniem) entropia nigdy nie maleje www.umcs.filozofia.lublin.pl

Procesy odwracalne i nieodwracalne www.umcs.filozofia.lublin.pl

Statystyczna definicja entropii k = 1,3 x 10-23 J/K - stała Boltzmanna W – prawdopodobieństwo termodynamiczne układu cząstek (liczba stanów mikroskopowych realizujących dany makrostan) układ dąży do osiągnięcia stanu najbardziej prawdopodobnego - mniej uporządkowanego stan uporządkowany stan nieuporządkowany stan wcześniejszy stan późniejszy www.umcs.filozofia.lublin.pl

Prawdopodobieństwo – definicja klasyczna n – liczba przypadków sprzyjających m – liczba przypadków możliwych Przykład: rzut pojedynczą kością do gry: m = 6 zdarzeń możliwych: {1, 2, 3, 4, 5, 6} Niech E – wyrzucenie liczby parzystej Zdarzenia sprzyjające E: {2, 4, 6} Prawdopodobieństwo wyrzucenia parzystej liczby oczek: www.umcs.filozofia.lublin.pl

Statystyka Maxwella-Boltzmanna – rozmieszczenie n cząstek w m stanach: Stan b 1 1234 2 123 4 3 12 34 234 5 6 124 7 8 9 134 10 11 23 14 13 24 15 16 Statystyka Maxwella-Boltzmanna – rozmieszczenie n cząstek w m stanach: Dla n = 4 cząstek i m = 2 stanów: Stan najbardziej prawdopodobny (o największej entropii S) – dwie cząstki w a i dwie cząstki w b www.umcs.filozofia.lublin.pl

Instytut Filozofii UMCS filozofia kognitywistyka europeistyka kierunki studiów filozofia kognitywistyka europeistyka www.filozofia.umcs.lublin.pl