TIMPUL – MARIME MASURABILA, CONCEPT, FENOMEN
Data: 15-31 decembrie 2003
“Dintre toate lucrurile lumii, care este lucrul cel mai lung si cel mai scurt, cel mai rapid si cel mai lent, cel mai usor de impartit si cel mai intins, cel mai neglijat si cel mai regretat, fara de care nimic nu se poate face, care inghite tot ce este mic si care da viata la tot ce este maret ?” Zadig a raspuns ca este timpul si apoi a adaugat: “Nimic nu este mai lung, pentru ca timpul este masura eternitatii; nimic nu este mai scurt pentru ca in toate proiectele noastre timpul nu ne este suficient; nimic nu este mai lent pentru cei care asteapta; nimic nu este mai rapid pentru cei care se bucura din plin; toti oamenii prosti neglijeaza timpul, in cele din urma, toti il regreta; el da uitarii tot ce nu este important si nemuritor pentru posteritate si imortalizeaza lucrurile mari si eterne.”
Voltaire - “Zadig”
Notiunile noastre despre timp - categorie filozofica care desemneaza impreuna cu spatiul forme obiective si universale de existenta a materiei in miscare - constituie elemente de baza pe harta trasata de noi asupra realitatii. Ele servesc pentru a ordona lucrurile si evenimentele in mediul inconjurator si nu exista nici o lege a fizicii care sa nu necesite conceptele de timp si spatiu in formularea, explicarea sau in intelegerea ei. Dar noi nu stim ce este timpul. Ce si de unde “curge” in lumea noastra? Ce impiedica lumea sa fie invariabila chiar si pe durata unui moment insignifiant ca durata? Tot ceea ce putem face cand vorbim de cauza schimbarilor sau despre natura “curgerii” este sa ne referim la anumite procese naturale (numite de referinta pentru timp) ale caror schimbari se fac in durate de timp. Un mecanicist va spune ca timpul este miscare, un astrofizician ca este expansiunea universului, un termodinamician ca este o crestere de entropie, un biolog ca este viata, un istoric ca este moarte, un psiholog ca este constiinta ... Poate ca timpul este o substanta necunoscuta, care patrunde in lumea noastra dar care nu poate fi identificata in mod direct cu tehnologiile de cercetare actuale. Poate nu este necesar pentru a defini timpul ca sa gandim la o asemenea substanta, asa cum nu a fost necesar flogisticul sau eterul, care au existat un timp in gandirea oamenilor de stiinta si studiul miscarii materiei este suficient pentru intelegerea naturii timpului. Dar poate ca timpul insusi nu exista, el fiind numai rezultatul modului nostru de gandire.
Cum pot fi deduse, nu numai presupuse, ecuatiile generale ale miscarii in diferite sfere ale cunoasterii? Cum poate fi masurat, in mod corect, timpul, luand in considerare procese de referinta diferite, care conduc la metode de cronometrare diferite ? Ceasurile pot fi de natura diferita si indicatiile lor pot fi transferate, in mod comparabil, de la unul la altul? Ce determina diferentele dintre timpii proprii ai sistemelor si proceselor naturale ?
Toate culturile si civilizatiile au acordat o atentie deosebita timpului pentru ca acesta nu poate fi negociat, vandut sau stapanit, nu i se poate opri evolutia, nu poate fi stocat, nu poate fi transformat. In dorinta sa de a stapani totul, omul a incercat sa contorizeze curgerea timpului si a inventat calendare si dispozitive de cronometrare care sa masoare cat mai exact scurgerea timpului prin raportarea la miscarea corpurilor ceresti.
Termenul “timp” include cel putin trei intelesuri: timpul secunda - o marime masurabila cu un ceas pentru a determina viteza schimbarilor, timpul ca un concept – o constructie a gandirii umane si timpul ca fenomen – sinonim al variabilitatii lumii, prin care se accepta timpul ca o realitate.
Timpul ca marime masurabila
Determinarea cu precizie a momentului de timp in care ne aflam a fost din totdeauna un scop al societatii moderne. In era informatiei, stabilirea cu exactitate a timpului de transfer al unui flux de informatii prin mai multe noduri de retea de calculatoare este o problema perfect solutionabila, intr-un mod sigur si cu costuri relativ mici. Pentru masurarea timpului este suficient sa se dispuna de un dispozitiv fizic bazat pe procese gravitationale sau pe radiatia electromagnetica a atomilor.
In prezent navigatia poate fi realizata cu o precizie fara precedent prin utilizarea de receptoare portabile, parti ale Sistemului de Pozitionare Globala (Global Positioning System – GPS), bazat pe sistemul de ceasuri atomice sincronizate. Zeci de milioane de dispozitive de cronometrare sunt puse in functiune in fiecare an si a intelege cum lucreaza toate aceste dispozitive in mod sincronizat este o provocare fascinanta care ar trebui sa raspunda si la intrebarile: Ce este timpul? Cum stim ca am marcat, in mod concret, momentul de timp? Unde se afla cel mai precis ceas din lume? Cum putem afla timpul exact?
Determinarea cu precizie a timpului a devenit posibila in anul 1920, o data cu inventarea oscilatorului si a filtrelor cu cristal de cuart. Ceasul atomic a fost inventat in anii ’40 ai secolului al XX-lea si de atunci precizia determinarii timpului a crescut continuu, aproximativ in acelasi ritm cu care a crescut densitatea de inregistrare in memoria calculatoarelor.
Cea mai precisa unitate de masura a timpului, cunoscuta in zilele noastre, este secunda. Ultima referinta internationala pentru timpul precis si frecventa este “Timpul Universal Coordonat” (Coordinated Universal Time – CUT sau, in franceza Temps Universal Coordonné – TUC), care este stabilit pe baza informatiilor despre timp si frecventa de la centrele de timp dispuse in jurul globului pamantesc.
In anul 1970, Timpul Universal Coordonat a fost conceput de catre un grup international de experti, format in cadrul Uniunii Internationale de Telecomunicatii (International Telecommunication Union – ITU), care a considerat ca, pentru evitarea confuziilor in comunicarile asupra timpului, cel mai bine ar fi sa se foloseasca, in toate limbile pamantului, o singura forma abreviata de referinta asupra timpului. Intrucat nu s-a putut obtine consensul pentru folosirea prescurtarii termenului englezesc (CUT) sau a celui francez (TUC) s-a convenit sa se foloseasca, prin compromis, prescurtarea UTC.
In prezent cea mai buna aproximatie in determinarea duratei secundei pentru UTC este echivalentul a 1 secunda in zece milioane de ani si, intrucat timpul si frecventa pot fi masurate atat de precis, s-a considerat ca este recomandabil ca aceste marimi sa fie folosite pentru determinarea si a altor unitati de masura fundamentale. In anul 1983, cea de a XVII-a Conferinta Generala pentru Masuri si Greutati a adoptat o noua definitie a metrului bazata pe masurarea lungimii traseului parcurs de lumina in vid intr-un interval de timp de 1/299 792 458 dintr-o secunda si este de asteptat ca, in scopul facilitarii dezvoltarii tehnologice, si alte unitati de masura de baza din metrologie sa fie redefinite in raport cu secunda. Unul din efectele acestei definitii a metrului a fost acela ca s-a fixat marimea vitezei luminii la exact 299.792.458 m/s.
Cel mai semnificativ exemplu privind folosirea de catre navigatie a determinarii cu precizie a timpului este existenta Sistemului Global de Pozitionare (GPS) care se bazeaza pe comunicarile a 24 de sateliti orbitali care transmit semnale pe baza carora se evalueaza cu precizie timpul. Deoarece semnalele se deplaseaza cu viteza luminii si timpul de transmisie este cunoscut, calculatoarele care receptioneaza semnalele pot determina cu o inalta precizie distanta la care se afla fiecare satelit orbital. In acest proces se comunica calculatoarelor receptoare timpul determinat cu precizie de catre ceasurile atomice ale GPS si, prin comparare, se determina cu o deosebita acuratete atat pozitia satelitilor, cat si timpul care este comunicat, pentru a fi inregistrat, unui mare numar de utilizatori. In fapt, numarul si diversitatea utilizatorilor GPS au cunoscut o evolutie exploziva. In ianuarie 1998, revista “World” a GPS a publicat o lista a utilizatorilor care indica mai mult de 400 de categorii de abonati din mai mult de 70 de companii. In anul 1996, numai firmele japoneze au vandut mai mult de o jumatate de milion de receptoare GPS, multe dintre acestea fiind utilizate pentru urmarirea traseelor autovehiculelor. In plus, au fost dezvoltate multe tipuri de sisteme de comunicatie care depind de GPS si multe tari utilizeaza semnalele GPS in perfectionarea sistemelor de navigatie si in controlul traficului aerian.
Pana in prezent nu s-a putut determina marimea unitatii de timp ca o derivata din fenomene naturale. Printr-o conventie internationala s-a stabilit prin definitie Timpul Universal Coordonat. Termenul “coordonat” semnifica faptul ca UTC este fixat prin cooperarea a circa 50 de natiuni, semnatare ale Conventiei Metrului, conventie constituita in anul 1875, prin semnarea ei de catre 17 tari. Date si informatii asupra timpului sunt furnizate Biroului International de Masuri si Greutati de catre laboratoare si observatoare din intreaga lume, care au responsabilitatea stabilirii cu exactitate a timpului si, la randul sau, biroul, prin expertii sai, combina si compara datele primite, stabilind un timp oficial desemnat ca UTC.
Determinarea timpului si navigatia au evoluat intotdeauna in stransa legatura. Determinarea cu precizie a longitudinii a fost considerata a fi o problema critica a navigatiei maritime in secolele XV - XVII. Deoarece pamantul se roteste, stabilirea cu exactitate a longitudinii impune determinarea cu exactitate a momentului masurarii. In secolul XVI, mai multe natiuni au oferit importante premii pentru conceperea unei metode acceptabile de determinare a longitudinii si, ca urmare a eforturilor depuse, inca din 1530 era cunoscut ca existenta la bordul unei nave a unui ceas cat mai exact era de mare ajutor pentru precizia navigatiei. In anul 1675, Observatorul din Greenwich, Anglia, a fost autorizat sa coordoneze si sa coroboreze observatiile astronomice necesare navelor in determinarea longitudinii lor.
In anul 1714 parlamentul britanic a oferit un premiu de 20.000 de lire sterline pentru efectuarea unei curse nautice din Anglia pana in Indiile de Vest, in timpul careia sa se masoare longitudinea cu o precizie de 30 de mile nautice. Realizarea acestui obiectiv era posibila numai daca la bordul navei exista un ceas care masura timpul cu o aproximatie mai mica de 3 secunde pe zi, iar dificultatile erau amplificate de faptul ca miscarile navei induse de deplasarea valurilor excludeau posibilitatea utilizarii dispozitivelor de masurare a timpului bazate pe pendul. Raspunzand acestei provocari, ceasornicarul John Harrison a reusit sa construiasca un cronometru care functiona cu o aproximatie de circa o secunda pe zi. Capitanul James Cook, care a explorat Pacificul de Sud intre anii 1772-1775, a utilizat un dispozitiv de masurare a vitezei de navigare a vasului, care includea o copie a cronometrului lui John Harrison si a elogiat inventatorul, apreciind cronometrul acestuia ca “un ghid al navigatiei care nu greseste niciodata”.
In anul 1884, 25 de tari au semnat un tratat prin care s-a convenit ca “timpul solar mediu al meridianului de origine Greenwich (GMT)”sa fie considerat timp universal , iar meridianul care trece prin locul unde este situat Observatorul din Greenwich ca primul meridian. Timpul local al Observatorului din Greenwich GMT s-a determinat prin masuratori astronomice si fiecare tara si-a stabilit propria sa zona de timp prin adaugarea sau scaderea unui numar stabilit de ore.
Pe masura ce au crescut cerintele de precizie a determinarii timpului si dispozitivele de masurare a acestuia s-au perfectionat, timpul solar mediu al meridianului de origine Greenwich (GMT), ca timp universal, a evoluat in UTC care se bazeaza, mai sigur, pe timp atomic si nu pe masuratori astronomice.
Prin definitie si convenire internationala, UTC este timpul corect, dar, in fapt, exista mai multe surse de estimare a timpului si de aceea intrebarea “Cat e ora?” ar trebui, poate, schimbata in “A cui ora este?” mai ales atunci cand se doreste sa se cunoasca precizia si acuratetea sursei si legaturile acesteia cu UTC.
Intelegerea modului in care este generat timpul universal coordonat presupune asimilarea unor tehnici de masurare a timpului. Se considera ca orice ceas este constituit din doua parti, un oscilator si un numarator. Dispozitivul oscilator, numit standardul de frecventa al ceasului, oscileaza cu o anumita rata, determinata de legile fizicii, si stabileste durata unei secunde sau durata unui alt interval de timp. Istoric, pendulul a generat intervalul de timp standard (desi Galileo Galilei a folosit in multe experimente propriul puls ca interval de timp standard), frecventa sa depinzand de lungime si de acceleratia gravitationala a locului in care se afla. Un pendul ideal care oscileaza prin punctul sau cel mai de jos o data pe secunda va avea o lungime de circa un metru. Frecventa pendulului va depinde oricum de conditiile de mediu in care se afla, deoarece lungimea acestuia se va schimba o data cu schimbarea temperaturii si a umiditatii mediului.
Un ceas de mana tipic are frecventa standard, de 32768 Hz, a unui oscilator de cristal de cuart. Acest numar de oscilatii corespunde cerintelor unui circuit electronic digital deoarece este divizibil cu 215 iar rezultatul este un puls pe secunda. Un ceas atomic are o frecventa mult mai precisa decat cea a pendulului sau a cristalului de cuart. Ceasul atomic utilizeaza ca standard de referinta frecventa perioadei de oscilatie a radiatiei emise la tranzitia intre doua niveluri energetice dintr-un atom. In conformitate cu hotararea celei de a XIII-a Conferinte Generale pentru Masuri si Greutati din anul 1967, secunda este durata a 9192.631.770 perioade de oscilatie ale radiatiei emise la tranzitia intre doua niveluri hiperfine ale starii fundamentale 3S1/2 a atomului de cesiu 133.
A doua parte a unui dispozitiv de masurare a timpului este un numarator care insumeaza numarul ciclurilor de oscilatie. Un numarator poate fi un angrenaj de roti cilindrice si un cadran pe care se misca acele indicatoare, la un ceas cu pendul, sau un registru electronic acumulator si un display in cazul unui ceas cu cristal de cuart sau al unui ceas atomic.
Teoretic, un ceas a carui oscilatie se repeta cu aceeasi frecventa ar trebui sa functioneze perfect. Practic, un ceas nu poate fi reglat perfect, iar frecventa sa variaza atat din cauze aleatorii, cat si din cauze sistematice, proprii fiecarui tip de oscilator, iar cand aceste variatii sunt mediate, timpul nu mai este indicat exact. De asemenea, timpul indicat de un ceas depinde de miscarea si pozitionarea lui (efectele relativitatii) in raport cu observatorul. In plus, in mod invariabil, schimbarile de mediu determina variatii ale frecventei ceasului. In concluzie, chiar daca un ceas masoara timpul cu exactitate, el nu va indica niciodata, cu inalta precizie, timpul oficial UTC.
Un concept modern de masurare a timpului se bazeaza pe puterea unui ansamblu de mai multe ceasuri al caror numar este stabilit rational. Istoric privind lucrurile, timpul astronomic se stabilea pe baza miscarii pamantului, a lunii, a planetelor, a soarelui. Desi din fiecare tip de dispozitiv de masurare a timpului nu se folosea decat cate un exemplar, metoda de determinare prezenta suficienta incredere deoarece nu era de asteptat ca pamantul, de exemplu, sa nu se mai roteasca. O data cu introducerea timpului atomic, s-au folosit ceasuri care indica fiecare un alt timp. Conceptul ansamblului de ceasuri are meritul de a conferi incredere metodei de determinare a timpului. Daca un ceas se opreste, unul din ceasurile de rezerva, care functioneaza in aceleasi conditii, il poate inlocui si, in acest fel, performanta masurarii timpului prin mediere nu este afectata.
Prin constatarea unei diferente intre timpul masurat de doua ceasuri este imposibil sa se precizeze care din acestea nu functioneaza corect. Trei ceasuri care functioneaza independent ar fi suficiente pentru stabilirea exacta a timpului, dar, in fapt, trebuie folosite simultan patru ceasuri, unul fiind rezerva, a carei utilitate apare numai in cazul in care unul din cele trei se defecteaza. Erorile sistematice comune ale tuturor ceasurilor pot fi inlaturate prin compararea frecventei fiecarui ceas cu frecventa standard primara. Prin determinarea factorilor de functionare stabila a fiecarui ceas din cele patru se poate calcula care este greutatea optima pentru pendulul fiecarui ceas din ansamblu. S-a demonstrat ca daca ceasurile sunt caracterizate in mod corect iar greutatile fiecarui pendulul sunt determinate printr-un algoritm combinatoriu, ansamblul greutatilor poate conduce la performante de precizie mai bune decat s-ar putea obtine cu cel mai bun ceas din ansamblu. Daca un ceas din cele patru se defecteaza, acesta este detectat si masuratorile sale nu mai sunt luate in considerare si astfel timpul masurat de ansamblul de ceasuri este un timp cat mai exact. Un astfel de ansamblu de ceasuri functioneaza din anul 1968, cu foarte bune rezultate, la Institutul National de Standarde si Tehnologie din SUA.
In evaluarea timpului a aparut o dilema determinata de faptul ca, pe de o parte, majoritatea utilizatorilor UTC doresc ca timpul oficial sa fie corelat cu timpul pamantului , iar, pe de alta parte, oamenii sunt interesati in constanta frecventei si doresc un timp uniform si extrem de precis. Deoarece viteza de rotatie a pamantului variaza, timpul pamantului nu este uniform, nefiind util pentru metrologia de precizie. Pentru solutionarea dilemei s-a ajuns la un compromis in determinarea scalei de timp UTC.
Modificarile in evaluarea timpului, determinate de instabilitatea vitezei de rotatie a pamantului, au fost luate in considerare in UTC prin introducerea unor pierderi de secunde si, in acest mod, durata unei secunde UTC este mentinuta cat mai apropiata de cea stabilita conform hotararii celei de a XIII-a Conferinte Generale pentru Masuri si Greutati din anul 1967.
UTC este stabilit la Biroul International de Masuri si Greutati de langa Paris, prin sintetizarea datelor colectate de la 230 de dispozitive de cronometrare situate in 60 de laboratoare raspandite in intreaga lume. Exactitatea momentului de timp estimat se bazeaza pe numarul mare de ceasuri utilizate, intregul proces pentru determinarea UTC durand circa o luna.
In mod curent, durata unei secunde este determinata prin evaluarea frecventei standard primare a radiatiei de cesiu din 10 laboratoare. UTC se estimeaza prin o combinare ponderata a acestor frecvente standard in functie de precizia individuala a fiecareia. Timpul determinat prin combinarea setului de frecvente standard primare colectate din intreaga lume se numeste Timp International Atomic (TAI- International Atomic Time sau Temps Atomique International).
Multe laboratoare solicita estimarea UTC mai repede decat acesta poate fi pus la dispozitie de catre Biroul International de Masuri si Greutati. In prezent exista in intreaga lume 47 de centre pentru estimarea timpului care stabilesc fiecare in mod independent propriul lor UTC, denumit UTC(K), unde indicele(K) identifica centrul particular care a estimat timpul. Printr-un acord international s-a convenit ca UTC(K) al fiecarui centru de estimare a timpului sa nu se diferentieze de UTC cu mai mult de 100 nanosecunde, in mod curent, cel mai bun UTC(K) estimat fiind situat in limitele 10 nanosecunde in raport cu UTC.
Siguranta circulatiei aeriene este o problema internationala cheie. Iata de ce transportul aerian a facut un urias pas inainte o data cu crearea sistemului de navigatie bazat pe ceasurile atomice sincronizate (Global Positioning System –GPS). Sistemul de Pozitionare Globala asigura precizia, integritatea, disponibilitatea si continuitatea serviciilor corespunzatoare cerintelor crescande ale aviatiei civile cu ajutorul unor noi concepte ingenioase, suplimentare. Unul din aceste concepte este Sistemul Satelitar Global de Navigatie ( Global Navigation Satellite System – GNSS) care faciliteaza pozitionarea si navigatia globala cu ajutorul unor sateliti geostationari pentru aviatia civila, la un pret de cost rezonabil. Evaluarea exacta a timpului, inclusiv a Timpului Universal Coordonat, este un parametru impus al GNSS, iar ceasul atomic este unul din instrumentele de baza ale sistemului.
Administratia Federala a Aviatiei din SUA dezvolta si implementeaza un sistem de perfectionare a GPS pe intregul spatiu american, care va conduce la importante economii de combustibil, la cresterea preciziei de pozitionare astfel incat aterizarea sa se faca cu o aproximare de maxim 0,8m, la cresterea sigurantei zborurilor. Serviciului European de Navigatie Geostationara (European Geostationary Navigation Overlay Service – EGNOS) i-a revenit sarcina ca, pana in anul 2002, sa perfectioneze sistemul GPS existent, prin includerea facilitatilor oferite de satelitii geostationari. |n acest mod se vor unifica [i conditiile de realizare a controlului navigatiei aeriene in spatiul continentului european si american. Agentia Spatiala Japoneza a lansat in perioada 1999-2000 doi sateliti geostationari pentru deservirea utilizatorilor din regiunea Oceanului Pacific, iar guvernul indonezian s-a angajat sa lanseze alti doi sateliti geostationari aditionali pentru Regiunea Asia de Sud-Est.
In prezent, GPS poate fi utilizat pentru a obtine estimarea UTC, iar transformarea UTC intr-un serviciu de timp real trebuie sa devina o preocupare pentru fiecare natiune. Dificultatile existente in prezent in estimarea timpului real ar putea fi depasite prin asigurarea unui acces la UTC in timp real si prin perfectionarea metodelor de comunicare a timpului si frecventei, atat intre sistemele de cronometrare, c@t si intre acestea si comunitatea utilizatorilor.
Timpul ca un concept
In prezent, timpul in stiinta este un concept nedefinibil, stabilit conventional, al carui studiu este, mai degraba, realizat in filosofie decat in stiintele naturii.
In a doua jumatate a secolului al XX-lea a devenit evident ca oamenii de stiinta lucreaza cu “timpi” si nu cu “timp”. Ca urmare a aparitiei diferentelor de masurare a variabilitatii proceselor naturale ca urmare a folosirii diferitelor cronometre, oamenii de stiinta si-au concentrat atentia asupra aspectelor temporale din propriul lor domeniu de studiu si asa au aparut numeroase publicatii despre timpul biologic, psihologic, social, fizic si despre multe alte timpuri specifice altor discipline. Procesul de masurare a timpului nu se poate baza numai pe procese gravitationale sau pe radiatia electromagnetica a atomilor. Exista procese biologice: puls, respiratie, diviziune celulara, cresteri ale organismelor, schimbul de generatii ale speciilor etc. Exista anale geologice, procese care apar in psihologie, societate, istorie care ar putea servi ca elemente de referinta pentru timp. Principala proprietate prin care tipurile posibile de dispozitive de masurare difera ar trebui sa fie uniformitatea functionarii. Exprimat mai riguros, intervalele de timp masurate ar trebui sa fie identice daca sunt masurate cu dispozitive de masurare de acelasi tip si pot deveni diferite daca sunt masurate cu dispozitive de tipuri diferite. Natura conventionala a alegerii tipului de dispozitiv de masurare a fost perceputa cu mult timp in urma de metodologii stiintei (Poincare, 1898, Milne,1948) dar numai in decadele din urma oamenii de stiinta au inteles si evidentiat importanta unei asemenea conventii. O motivatie naturala privind utilizarea de metode pentru masurarea timpului bazate pe fenomene nefizice, atunci cand obiectul studiului nu este fizic, a fost speranta ca in acest mod se vor putea identifica legile variabilitatii sau ecuatiile de miscare ale acestor obiecte de studiu. Constructia unor ecuatii dinamice care sa descrie sistemul natural ramane una din sarcinile de baza ale cercetarii stiintifice. Miscarea generalizata a sistemelor, care pare complexa cand este descrisa cu ajutorul metodelor de masurare a timpului bazate pe fenomene fizice, poate deveni simpla si naturala daca se folosesc unitati de timp adecvate naturii sistemului studiat. Dr David Anderson, presedintele si fondatorul in anul 1995 al unei companii unice de cercetare din SUA, numita “Centrul de cercetari pentru calatorii in timp”, a lucrat in domeniul cercetarii timp - spatiu, in perioada 1990-1995, ca ofiter in Fortele Aeriene, si a realizat un model matematic predictibil si fiabil al sistemului american de sateliti spatiali, capabil sa explice, pentru prima oara, variatiile specifice, in intervale mari de timp, ale pozitiei unor elemente componente ale sistemului. Dupa cum declara David Anderson, numai dupa ce a realizat modelul matematic a inteles in mod real ce a facut si nu i-a venit sa creada ce a conceput.
In secolul al XX-lea au aparut anumite tendin]e in stiintele naturii care au condus la cerinta modificarii anumitor paradigme stiintifice existente. In istoria stiintei s-a impus adesea ca, pentru rezolvarea anumitor probleme, sa se revizuiasca conceptul de timp.
In perceperea timpului, suntem intrigati de discrepanta dintre experienta noastra subiectiva asupra timpului si modul in care timpul este perceput si descris in fizica. In particular, noi percepem o anumita directie de scurgere a timpului in cadrul careia ne putem asuma, in mod constient, controlul prezentului, singurul moment asupra caruia avem o percepere directa. Se cunoaste, de asemenea, ca timpul din fizica moderna nu concorda cu experienta noastra, legile fizice sunt reversibile in timp, nu fac distinctie intre trecut si viitor si ignora conceptul de prezent, circumstante care neaga experienta comuna umana asupra perceperii timpului, transformand-o intr-o simpla data fara o anumita semnificatie intr-o discutie stiintifica. In fizica se ignora, de asemenea, diferenta importanta din mintea noastra dintre trecut si viitor: trecutul este considerat ca fix si definit si de aceea poate fi rechemat in memorie, in timp ce viitorul este perceput ca necunoscut si nedeterminat si de aceea poate fi estimat numai cu aproximatie, prin luarea in considerare a cunostintelor noastre despre cauza si efect.
In mod practic noi avem doua concepte divergente despre timp: unul “intern”, biologic, propriu fiecarui om, care este strict individual si incomparabil cantitativ cu cel al altor oameni, si unul “extern”, definit in fizica drept o succesiune de momente egale, independente de orice percepere umana si depinzand numai de prezenta unor mase gravitationale si de vitezele relative ale observatorilor, si care nu face distinctie intre trecut si viitor, el fiind numai un parametru util in ecuatiile de miscare. Timpul in fizica are o desfasurare liniara, vectoriala. Viitorul in timpul biologic poate evolua pe o dreapta care se poate situa intr-un alt plan al cunoasterii decat cel in care se afla linia trecut-prezent. In functie de decizia omului, viitorul poate evolua pe un plan al cunoasterii care face parte dintr-un evantai de variante posibile.
Einstein a considerat timpul ca fiind o dimensiune “ca si celelalte”, consideratie pe deplin adevarata in teoria relativitatii si in teoria cuantica si care corespunde tuturor teoriilor chimice si fizice moderne. O analiza obiectiva evidentiaza totusi faptul ca timpul nu poate fi o dimensiune exact ca celelalte trei dimensiuni spatiale. In conditiile actuale, nu se poate sta in repaus absolut in timp si nici nu se pot efectua deplasari indarat pe axa timpului. Faptul ca timpul este ireversibil a provocat mari dezbateri in secolul al XX-lea. Teoria cuantica si cea a relativitatii, in mod similar cu legile lui Newton sau Maxwell, sunt independente de sensul de curgere a timpului.
Conform cu reversibilitatea mecanicii clasice, daca la un moment dat toate vitezele unui sistem trec in directii exact opuse, sistemul va strabate in ordine inversa starile sale anterioare; asadar, probabilitatea evolutiilor de descrestere trebuie sa fie exact aceeasi ca probabilitatea evolutiilor de crestere. In schimb, termodinamica clasica coordoneaza o multime de fenomene din fizica si chimie ireversibile in timp (de exemplu, caldura trece numai de la corpul cald la cel rece, nu si invers).
Teoria relativitatii a evidentiat ca timpul nu este o entitate separata si ca spatiul nu este tridimensional. Ambele sunt in mod inseparabil si intim conectate formand un continuu cvadridimensional care este denumit “continuu spatiu-timp “ .Lumea celei de a patra dimensiuni a fizicii relativiste este lumea in care materia si energia sunt unificate, in care materia poate aparea ca particule discontinue sau ca un camp continuu. Oamenii de stiinta au putut “experimenta” lumea celei de a patra dimensiuni - spatiu-timp – printr-o cercetare structural-fenomenologica , prin intuitie, dar si prin abstractul formalism matematic al teoriilor lor, desi imaginatia lor vizuala – ca a oricarui altcuiva – este limitata la lumea celor trei dimensiuni senzoriale.
Einstein a declarat in 1941 ca “timpul si spatiul sunt moduri in care noi gandim si nu conditii in care noi existam”. Prin aceasta afirmatie, autorul teoriei relativiste, in fapt, a declarat ca intreaga stiinta este bazata pe doua rigle de masurare, una pentru timp si cealalta pentru spatiu. Problema este insa ca noi suntem constituiti din sau suntem integrati in acelasi material din care sunt facute riglele de masurare si aceasta este originea naturii virtuale a realitatii fenomenologice.
|n anii ‘60 ai secolului al XX-lea cinematica relativista, adica geometria spatio-temporala, a devenit cadrul universal al teoriilor fizice (chiar si la nivel cuantic) si de aceea in fiecare punct – moment separarea intrinseca a domeniilor spatio-temporale nu mai este o bifurcare, ca in cinematica newtoniana – “trecut” si “viitor”, ci o trifurcare “trecut” , “viitor” si “altundeva”. Ca urmare, materia trebuie conceputa ca fiind intinsa atat in spatiu (idee traditionala), cat si in timp (ceea ce era o noua abordare). In 1996, astronomul Nikolai Kozarev, investigand problema originii energiei stelare, a enuntat ipoteza existentei unei noi esente fizice, care nu este materie, camp sau spatiu, in intelesul comun al acestor concepte, pe care a denumit-o “timp fluent”.
Studiul conceptului timp evidentiaza faptul ca, in prezent, exista inca unele probleme percepute ca fiind contradictorii sau inca nerezolvate:
Legile care descriu interactiunile dintre particule sau dintre planete lucreaza la fel de bine, atat in timpul direct, cat si in timpul revers. Lumea este facuta din molecule care la randul lor sunt constituite din particule ale caror comportari individuale pot fi descrise de legi care nu sunt afectate de sensul de curgere a timpului si cu toate acestea sensul de curgere a timpului ireversibil este foarte important pentru lumea noastra cotidiana.
Teoria relativitatii generalizata, care ar putea fi numita mai bine ”teoria relativa a gravitatiei”, a adus modificari fundamentale in notiunile de timp si spatiu, de masa, energie, gravitatie si acceleratie. Ea a subsumat acelorasi legitati procesele mecanice, electromagnetice si gravifice. In afara ei au ramas insa procesele atomice si nucleare si a lasat deschisa problema legilor unitare ale campului, care sa explice atat procesele macro, cat si cele microfizice.
O tendinta in stiinta actuala este verificarea paradigmelor existente si renasterea teoriei generale asupra materiei. Un evantai larg de idei substantiale implica proprietatile active ale vacuumului fizic. Un set de campuri scalare, vectoriale si tensoriale ar putea contribui la explicarea fenomenelor cosmologice, a teoriei particulelor elementare, biologiei, psihologiei, comunicatiilor. I.Prigogine a considerat (Prigogine, 1989; Prigogine si Stengers, 1994) ca a solutionat problema ireversibilitatii timpului introducand termeni aditionali in ecuatiile relativitatii generalizate, termeni care descriu “constituirea materiei din spatiu-timp” sub forma unor particule cu valoarea Planck a masei. De precizat ca aceste idei tind mai degraba catre conceptul de univers deschis decat catre cel de lume izolata.
Problema timpului nu poate fi inclusa intre problemele stiintelor naturii atat timp cat timpul este un concept initial, nedefinibil. Una din problemele de baza ale cercetatorilor trebuie sa fie crearea unei definitii explicite sau a unui model matematic a conceptului de timp. Cu alte cuvinte, este necesar ca timpul sa fie redefinit conceptual pe baza altor postulate de baza, sa i se formuleze proprietatile nu sub forma unor axiome ci sub forma unor teoreme de teorie deductiva. In acest mod va fi posibil sa se discute orice proprietate a timpului numai in cadrul constituit de model.
Existenta acestor neclarificari, a acestor noi deschideri creeaza perspectiva reconsiderarii in continuare a unor paradigme considerate astazi ca imuabile sau a aparitiei si a altor posibilitati de a se identifica si noi mijloace stiintifice care sa contribuie la perfectionarea procesului de cunoastere.
3. - Timpul ca fenomen
Relatia timp - spatiu a avut o evolutie dinamica. Initial s-a considerat ca nu exista nici o conexiune intre spatiul continuu tridimensional si timp, un “continuu” separat unidimensional, complet omogen in intreaga sa extensiune. Prin perceperea mai intensa a informatiei fenomenologice s-a constatat ca relatia spatiu-timp este profund afectata, atat de cresterea vitezei de deplasare relativa care determina contractarea dimensiunilor in sensul miscarii si reducerea proportionala a vitezei de curgere a timpului, cat si de viteza de comunicare a informatiei, Internetul si tehnica teleimersiunii deschizand noi orizonturi in cercetarea relatiei spatiu-timp, in perspectiva perceperii simultaneitatii evenimentelor.
Teleimersiunea este o tehnologie digitala, relativ noua, de perspectiva, care prin combinarea imaginii reale de pe monitor cu tehnici de interactiune ale realitatii virtuale creeaza un nou mediu pentru interactiunea umana, prin care se formeaza iluzia ca interlocutorul se afla in acelasi loc in spatiu cu toti ceilalti participanti la dialog in timpul videoconferintei, chiar daca acestia sunt de ordinul sutelor si se afla in realitate pe o arie de mii sau zeci de mii de kilometri patrati. Teleimersiunea este deocamdata o tehnologie de laborator care presupune nu numai un nou sistem de captare a imaginilor cu cel putin sapte camere de luat vederi pentru fiecare loc vizionat, ci si calculatoare puternice de mare capacitate. Teleimersiunea este o tehnologie de circa 100 de ori mai scumpa decat televideoconferinta si de aceea se considera ca nu poate concura, in prezent, cu nici o alta tehnologie de comunicare. Se evalueaza, totusi, ca in urmatorii 5 – 10 ani teleimersiunea va deveni un mijloc comun de comunicare si atunci ea va deveni un concurent important al transportului aerian deoarece echipe de ingineri vor putea colabora in proiectare, la mare distanta de locul real in care se vor afla, arheologi din intreaga lume vor putea fi, virtual, prezenti pe un santier unde s-a facut o descoperire cu valoare istorica, iar tehnicienii vor putea sa acorde asistenta la efectuarea repararii unei masini, fara a se deplasa la locul efectiv al reparatiei.
Telereabilitarea este un aspect al telemedicinei prin care se pot rezolva probleme de mentinere a starii de sanatate a populatiei aflata la mare distanta. Reabilitarea unei persoane bolnave reclama existenta unei concordante intre persoana si mediul in care traieste. Lumea virtuala poate crea aparent mediul propice pentru orice persoana, independent de locul in care aceasta este situata, in fapt, la un moment dat.
In secolul al XX-lea, in estimarea perspectivei dezvoltarii societatii s-au facut previziuni ca se vor crea orase enorme, concentrate pe verticala, unde interactiunile umane ar fi posibile fara a fi necesare deplasari pe arii mari geografice pentru colaborari. In urma atacului din 11 septembrie 2001 asupra turnurilor gemene din SUA s-a pus si problema renuntarii la arhitectura pe verticala. Independent de caile de dezvoltare in viitor a arhitecturii oraselor, noi devenim tot mai interdependenti unii de altii si, in acelasi timp, atat comunitatile umane cat si activitatile economice desfasurate, prin formarea de intreprinderi virtuale, vor deveni tot mai dispersate in spatiu.
In conditiile globalizarii, una din problemele care se va acutiza in timp va fi transportul oamenilor si al bunurilor produse, care vor trebui sa ajunga la locurile de destinatie cat mai rapid, intr-un timp cat mai scurt. Se poate ca o zi sau doua sa fie pierdute cu transportul pentru o convorbire fata in fata care poate dura numai cateva ore.
In conditiile in care teleportarea este inca numai o promisiune, teleimersiunea poate elimina pierderile de timp cu transportul oamenilor, prin substituirea deplasarii cu comunicarea. In mod cert, nu trebuie deplasate corpurile fizice pentru a se realiza o intalnire a mintilor. Tehnici ingenioase, cum este teleimersiunea, pot sa asigure conditiile pentru organizarea de intalniri bilaterale sau de grup, suficient de sigure pentru a nu facilita scurgeri de informatii iar documentele pot fi transmise rapid, ca anexe la mesaje, prin posta electronica sau prin faxuri. In acest mod, dezvoltarea tehnologiei informatiei si comunicatiilor contribuie, in fapt, la cresterea vitezei de comunicare a informatiei si, implicit, la reducerea proportionala a vitezei de scurgere a timpului, tinzandu-se la perceperea simultaneitatii evenimentelor.
Centrul de cercetari pentru calatorii in timp din SUA are ca unul din obiectivele activitatii si crearea unei masini a timpului prin care curgerea timpului sa fie controlata si, dupa cum a declarat fondatorul acestui centru, dr. David Anderson, s-a conceput o teorie a campului izolat de timp, care are deja aplicatii concrete cotidiene prin utilizarea unor sfere izolate din campul timpului cu diametre de 300-400mm. In interiorul acestor sfere se poate accelera sau deccelera cu anumite grade rata de curgere a timpului, in raport cu rata timpului natural din afara sferei. Eficienta unor asemenea sfere a fost verificata experimental in domeniul medical prin cresterea duratei de pastrare a organelor vii desprinse din organisme. S-au realizat experimentari si in domeniul accelerarii sau reducerii vitezei de reactie chimica a unor substante, fiind cunoscut ca viteza de realizare a unor cercetari este determinata de durata de timp necesara pentru desfasurarea unor reactii chimice ca procese naturale. De asemenea, s-au facut experiente in scopul reducerii perioadei de germinare a unor seminte si de dezvoltare a plantelor.
Rezultatele experimentarilor indica fara nici-o indoiala ca teoria campului izolat de timp poate realiza controlul vitezei curgerii timpului, deocamdata numai pe zone restranse, facilitand conservarea organelor vii desprinse din organism si prin aceasta garantand succesul transplantului de organe, accelerarea desfasurarii unor procese naturale chimice, germinarea semintelor de plante.
Timpul este o realitate a vietii noastre, intim legata de procesele vitale, dar si o caracteristica fundamentala a universului fizic. Cu toate acestea, timpul este inca o notiune conventionala nedefinita. Pentru studiul interdisciplinar al timpului exista institute in multe tari ale lumii , exista de asemenea o Societate internationala de studiere a timpului, fondata in anul 1966, ai caror membrii se intrunesc la fiecare trei ani in conferinte care sintetizeaza si compara rezultatele cercetarilor. Ultimele doua conferinte au avut loc in Tutzing, Germania in 1998 si in Gargonza, Italia in 2001. Urmatoarea conferinta se va organiza in anul 2004.
Se spera ca prin eforturi stiintifice unite, prin studii interdisciplinare se va elabora o teorie universala asupra naturii timpului, o definitie a acestui concept stabilita prin deductie.