Bezvremenski univerzum je teško zamisliti, ali ne zato što je vreme tehnički složen ili filozofski neuhvatljiv koncept. Postoji više strukturalni razlog: zamišljanje bezvremenosti zahteva vreme da prođe. Čak i kada pokušate da zamislite njegovo odsustvo, osećate da se kreće dok se vaše misli pomeraju, vaše srce pumpa krv u mozak, a slike, zvuci i mirisi se kreću oko vas. Čini se da ono što je vreme nikada ne prestaje. Možda ćete se čak osećati utkano u njegovu stalno pokretnu tkaninu dok doživljavate Univerzum koji se spaja i razdvaja. Ali da li je to kako vreme zaista funkcioniše?

Prema Albertu Ajnštajnu, naše iskustvo prošlosti, sadašnjosti i budućnosti nije ništa drugo do “tvrdoglavo uporna iluzija”. Prema Isaku Njutnu, vreme nije ništa drugo do pozadina, izvan života. A prema zakonima termodinamike, vreme nije ništa drugo do entropija i toplota. U istoriji moderne fizike, nikada nije postojala široko prihvaćena teorija u kojoj je pokretni, usmereni osećaj vremena fundamentalan. Mnogi od naših najosnovnijih opisa prirode – od zakona kretanja do svojstava molekula i materije – izgleda da postoje u univerzumu gde vreme zapravo ne prolazi. Međutim, nedavna istraživanja u različitim oblastima sugerišu da bi kretanje vremena moglo biti važnije nego što je većina fizičara nekada pretpostavila.

Novi oblik fizike koji se zove teorija sklopa sugeriše da je pokretni, usmereni osećaj vremena stvaran i fundamentalan. To sugeriše da složeni objekti u našem Univerzumu koje je stvorio život, uključujući mikrobe, računare i gradove, ne postoje izvan vremena: oni su nemogući bez kretanja vremena. Iz ove perspektive, prolazak vremena nije samo svojstven evoluciji života ili našem iskustvu Univerzuma. To je takođe stalno pokretno materijalno tkivo samog Univerzuma. Vreme je objekat. Ima fizičku veličinu, kao prostor. I može se meriti na molekularnom nivou u laboratorijama.

Ujedinjenje vremena i prostora radikalno je promenilo putanju fizike u 20. veku. To je otvorilo nove mogućnosti za način na koji razmišljamo o stvarnosti. Šta bi ujedinjenje vremena i materije moglo učiniti u našem veku? Šta se dešava kada je vreme objekat?

Za Njutna, vreme je bilo fiksno. U njegovim zakonima kretanja i gravitacije, koji opisuju kako objekti menjaju svoj položaj u prostoru, vreme je apsolutna pozadina. Njutnovsko vreme prolazi, ali se nikada ne menja. I to je pogled na vreme koji opstaje u modernoj fizici – čak i u talasnim funkcijama kvantne mehanike.

Vreme je pozadina, a ne osnovna karakteristika. Za Ajnštajna, međutim, vreme nije bilo apsolutno. To je bilo u odnosu na svakog posmatrača. On je opisao naše iskustvo prolaska vremena kao “tvrdoglavo upornu iluziju”. Ajnštajnovo vreme je ono što se meri otkucavanjem satova; Prostor se meri oznakama na lenjirima koji beleže udaljenosti. Proučavajući relativna kretanja otkucavajućih satova i oznakama na lenjirima, Ajnštajn je uspeo da kombinuje koncepte kako merimo i prostor i vreme u jedinstvenu strukturu koju sada nazivamo “prostorvremenom”. U ovoj strukturi, prostor je beskonačan i sve tačke postoje odjednom. Ali vreme, kako ga je Ajnštajn opisao, takođe ima tu osobinu, što znači da su sva vremena – prošlost, sadašnjost i budućnost – podjednako stvarna. Rezultat se ponekad naziva “blok univerzum”, koji sadrži sve što se dogodilo i što će se dogoditi u prostoru i vremenu. Danas većina fizičara podržava pojam blok univerzuma.

Ali blok univerzum je napukla pre nego što je stigao. U ranim 1800-ih, skoro vek pre nego što je Ajnštajn razvio koncept prostor-vremena, Nikolas Leonard Sadi Karnot i drugi fizičari su već dovodili u pitanje ideju da je vreme bilo pozadina ili iluzija. Ova pitanja će se nastaviti u 19. veku, jer su fizičari kao što je Ludvig Boltzmann takođe počeli da okreću svoje umove problemima koji su došli sa novom vrstom tehnologije: motorom.

Iako se motori mogu mehanički reprodukovati, fizičari nisu tačno znali kako funkcionišu. Njutnovska mehanika je bila reverzibilna; motori nisu. Njutnov solarni sistem je vodio jednako dobro kreće napred ili nazad u vremenu. Međutim, ako ste vozili automobil i ponestalo je goriva, niste mogli da pokrenete motor u rikverc, vratite toplotu koja je generisana i otpečete gorivo. Fizičari su u to vreme sumnjali da se motori moraju pridržavati određenih zakona, čak i ako su ti zakoni bili nepoznati. Ono što su otkrili je da motori ne funkcionišu osim ako vreme ne prođe i ima pravac. Iskorišćući razlike u temperaturi, motori voze kretanje toplote od toplih delova do hladnih delova. Kako vreme ide napred, temperaturna razlika se smanjuje i manje “posla” može da se uradi. Ovo je suština drugog zakona termodinamike (takođe poznat kao zakon entropije) koji je predložio Carnot, a kasnije statistički objasnio Boltzmann. Zakon opisuje način na koji manje koristan “posao” može da uradi motor tokom vremena. Morate povremeno napuniti gorivo u automobilu, a entropija mora uvek da se poveća.

Ovo ima smisla u kontekstu motora ili drugih složenih objekata, ali nije korisno kada se radi o jednoj čestici. Besmisleno je govoriti o temperaturi jedne čestice jer je temperatura način kvantifikacije prosečne kinetičke energije mnogih čestica. U zakonima termodinamike, protok i usmerenost vremena smatraju se emergentnim svojstvom, a ne pozadinom ili iluzijom – svojstvom povezanim sa ponašanjem velikog broja objekata. Dok je termodinamička teorija uvela kako vreme treba da ima usmerenost do svog prolaska, ova osobina nije bila fundamentalna. U fizici, “osnovne” osobine su rezervisane za one osobine koje se ne mogu opisati drugim terminima. Strelica vremena u termodinamici se stoga smatra “emergentnim” jer se može objasniti u smislu više osnovnih koncepata, kao što su entropija i toplota.

Čarls Darvin, radeći između ere parne mašine Carnota i pojave Ajnštajnovog blok univerzuma, bio je među prvima koji su jasno videli kako život mora postojati u vremenu. U poslednjoj rečenici iz O poreklu vrsta (1859), on je elokventno uhvatio ovu perspektivu:

“Dok je ova planeta krenula u ciklus prema fiksnom zakonu gravitacije, od tako jednostavnog početka beskrajni oblici najlepši i najdivniji su bili i razvijaju se.”

Dolazak Darvinovih “beskrajnih oblika” može se objasniti samo u univerzumu gde vreme postoji i ima jasnu usmerenost.

Tokom proteklih nekoliko milijardi godina, život je evoluirao od jednoćelijskih organizama do složenih višećelijskih organizama. Razvio se od jednostavnih društava do prepunih gradova, a sada je planeta potencijalno sposobna da reprodukuje svoj život na drugim svetovima. Ovim stvarima je potrebno vreme da dođu u postojanje, jer se mogu pojaviti samo kroz procese selekcije i evolucije.

Mislimo da Darvinov uvid ne ide dovoljno duboko. Evolucija tačno opisuje promene koje se primećuju u različitim oblicima života, ali čini mnogo više od toga: to je jedini fizički proces u našem Univerzumu koji može da generiše objekte koje povezujemo sa životom. To uključuje bakterije, mačke i drveće, ali i stvari poput raketa, mobilnih telefona i gradova. Nijedan od ovih objekata ne fluktuira u postojanje spontano, uprkos onome što popularni računi moderne fizike mogu tvrditi da se može dogoditi. Ovi objekti nisu slučajne slučajnosti. Umesto toga, svi oni zahtevaju “sećanje” na prošlost da se napravi u sadašnjosti. Oni moraju biti proizvedeni tokom vremena – vremena koje se neprestano kreće napred. Pa ipak, prema Njutnu, Ajnštajnu, Karnotu, Boltzmanu i drugima, vreme ili ne postoji ili je samo u nastajanju.

Vremena fizike i evolucije su nespojiva. Ali to nije uvek bilo očigledno, jer se fizika i evolucija bave različitim vrstama objekata. Fizika, posebno kvantna mehanika, bavi se jednostavnim i elementarnim objektima: kvarkovima, leptonima i česticama nosača sile Standardnog modela. Pošto se ovi objekti smatraju jednostavnim, oni ne zahtevaju “memoriju” da bi ih Univerzum napravio (pod pretpostavkom da je na raspolaganju dovoljno energije i resursa). Razmislite o “memoriji” kao načinu da opišete snimanje akcija ili procesa koji su potrebni za izgradnju datog objekta. Kada dođemo do disciplina koje se bave evolucijom, kao što su hemija i biologija, nalazimo objekte koji su previše složeni da bi se trenutno proizvodili u izobilju (čak i kada su energija i materijali dostupni). Oni zahtevaju memoriju, akumuliranu tokom vremena, da bi se proizveli. Kao što je Darvin shvatio, neki objekti mogu nastati samo kroz evoluciju i odabir određenih “snimaka” iz memorije da ih napravi.

Ova nekompatibilnost stvara skup problema koji se mogu rešiti samo radikalnim odstupanjem od trenutnih načina na koje fizika pristupa vremenu – posebno ako želimo da objasnimo život. Dok trenutne teorije kvantne mehanike mogu objasniti određene karakteristike molekula, kao što je njihova stabilnost, one ne mogu objasniti postojanje DNK, proteina, RNK ili drugih velikih i složenih molekula. Isto tako, kaže se da drugi zakon termodinamike dovodi do strelice vremena i objašnjenja kako organizmi pretvaraju energiju, ali ne objašnjava usmerenost vremena, u kojoj su beskrajni oblici izgrađeni preko evolutivnih vremenskih skala bez konačne ravnoteže ili toplotne smrti za biosferu na vidiku. Kvantna mehanika i termodinamika su neophodni da bi se objasnile neke karakteristike života, ali nisu dovoljne.

Ovi i drugi problemi doveli su nas do razvoja novog načina razmišljanja o fizici vremena, koji smo nazvali teorija sklopa. Opisuje koliko memorije mora postojati da bi molekul ili kombinacija molekula – objekata od kojih je život napravljen – nastala. U teoriji montaže, ova memorija se meri tokom vremena kao karakteristika molekula fokusirajući se na minimalnu memoriju potrebnu za taj molekul (ili molekule) da dođe u postojanje. Teorija sklapanja kvantifikuje selekciju tako što vreme čini svojstvom objekata koji su mogli da se pojave samo putem evolucije.

Počeli smo da razvijamo ovu novu fiziku razmatrajući kako život nastaje kroz hemijske promene. Hemija života funkcioniše kombinatorno kao atomi vezuju da formiraju molekule, a moguće kombinacije rastu sa svakom dodatnom vezom. Ove kombinacije su napravljene od približno 92 prirodna elementa, za koje hemičari procenjuju da se mogu kombinovati da bi se izgradilo čak 10⁶⁰ različitih molekula – 1 praćen 60 nula. Da bi postala korisna, svaka pojedinačna kombinacija bi morala biti replicirana milijardama puta – razmislite koliko je molekula potrebno da se napravi čak i jedna ćelija, a kamoli insekt ili osoba. Pravljenje kopija bilo kog složenog objekta potrebno je vreme, jer svaki korak potreban za njegovo sastavljanje uključuje pretragu preko prostranstva kombinatornog prostora kako bi se odabralo koji će molekuli poprimiti fizički oblik.

Razmotrite makromolekularne proteine koje živa bića koriste kao katalizatore unutar ćelija. Ovi proteini su napravljeni od manjih molekularnih građevnih blokova koji se nazivaju aminokiseline, koji se kombinuju da formiraju duge lance obično između 50 i 2.000 aminokiselina dugačke. Ako bi svaki mogući protein dugačak 100 aminokiselina bio sastavljen od 20 najčešćih aminokiselina koje formiraju proteine, rezultat ne bi samo ispunio naš Univerzum, već i 10²³ univerzuma.

Prostor svih mogućih molekula je teško dokučiti. Kao analogiju, razmotrite kombinacije koje možete izgraditi sa datim setom Lego kockica. Ako je set sadržavao samo dve cigle, broj kombinacija bi bio mali. Međutim, ako bi set sadržavao hiljade komada, kao što je Lego model Tadž Mahala od 5.923 komada, broj mogućih kombinacija bio bi astronomski. Ako vam je posebno potrebno da izgradite Tadž Mahal u skladu sa uputstvima, prostor mogućnosti bi bio ograničen, ali ako biste mogli da napravite bilo koji Lego objekat sa tih 5,923 komada, došlo bi do kombinatorne eksplozije mogućih struktura koje bi se mogle izgraditi – mogućnosti eksponencijalno rastu sa svakim dodatnim blokom koji dodate. Ako ste povezali dve Lego strukture koje ste već izgradili svake sekunde, ne biste mogli da iscrpite sve moguće objekte veličine Lego Tadž Mahala postavljenog u doba Univerzuma. U stvari, svaki prostor izgrađen kombinatorno od čak i nekoliko jednostavnih građevinskih blokova će imati ovu imovinu. To uključuje sve moguće ćelijske objekte izgrađene iz hemije, sve moguće organizme izgrađene od različitih tipova ćelija, sve moguće jezike izgrađene od reči ili iskaza, i sve moguće računarske programe izgrađene od svih mogućih skupova instrukcija. Obrazac je da se kombinatorni prostori pojavljuju kada život postoji. To jest, život je očigledan kada je prostor mogućnosti toliko velik da Univerzum mora da izabere samo deo tog prostora da bi postojao. Teorija sklapanja ima za cilj da formalizuje ovu ideju. U teoriji sklopa, objekti su izgrađeni kombinatorno od drugih objekata i, baš kao što možete koristiti lenjir za merenje koliko je veliki dati objekat prostorno, teorija sklopa pruža meru – nazvanu “indeks sklopa” – za merenje koliko je objekat velik u vremenu.

Lego Tadž Mahal set je ekvivalentan složenom molekulu u ovoj analogiji. Reprodukcija određenog objekta, kao što je Lego set, na način koji nije slučajan, zahteva izbor unutar prostora svih mogućih objekata. To jest, u svakoj fazi izgradnje, određeni objekti ili skupovi objekata moraju biti odabrani iz ogromnog broja mogućih kombinacija koje bi se mogle izgraditi. Pored selekcije, potrebna je i ‘memorija’: informacije su potrebne u objektima koji postoje za sastavljanje određenog novog objekta, koji se implementira kao niz koraka koji se mogu završiti u konačnom vremenu, kao što su instrukcije potrebne za izgradnju Lego Taj Mahala. Složeniji objekti zahtevaju više memorije da bi nastali.

U teoriji montaže, objekti rastu u svojoj složenosti tokom vremena kroz proces selekcije. Kako objekti postaju složeniji, njihovi jedinstveni delovi će se povećati, što znači da se mora povećati i lokalna memorija. Ovo “lokalno pamćenje” je uzročni lanac događaja u tome kako se objekat prvo “otkriva” selekcijom, a zatim kreira u više kopija. Na primer, u istraživanju porekla života, hemičari proučavaju kako se molekuli spajaju da postanu živi organizmi. Da bi se hemijski sistem spontano pojavio kao “život”, on se mora samo-replicirati formiranjem ili kataliziranjem samoodrživih mreža hemijskih reakcija. Ali kako hemijski sistem “zna” koje kombinacije da napravi? Možemo videti “lokalnu memoriju” u akciji u ovim mrežama molekula koji su “naučili” da se hemijski vežu na određene načine. Kako se zahtevi za memorijom povećavaju, verovatnoća da je objekat proizveden slučajno pada na nulu, jer je broj alternativnih kombinacija koje nisu izabrane jednostavno previsok. Objekat, bilo da je to Lego Tadž Mahal ili mreža molekula, može se proizvesti i reprodukovati samo sa memorijom i procesom izgradnje. Ali pamćenje nije svuda, ono je lokalno u prostoru i vremenu. To znači da objekat može biti proizveden samo tamo gde postoji lokalna memorija koja može voditi izbor koji delovi idu gde i kada.

U teoriji montaže, ‘selekcija’ se odnosi na ono što se pojavilo u prostoru mogućih kombinacija. Formalno je opisan kroz broj kopija i složenost objekta. Broj kopija ili koncentracija je koncept koji se koristi u hemiji i molekularnoj biologiji koji se odnosi na to koliko kopija molekula je prisutno u datom obimu prostora. U teoriji montaže, složenost je značajna kao i broj kopije. Veoma složen molekul koji postoji samo kao jedna kopija nije važan. Ono što je od interesa za teoriju montaže su složeni molekuli sa visokim brojem kopija, što je pokazatelj da je molekul proizveden evolucijom. Ovo merenje složenosti je takođe poznato kao “indeks sklopa” objekta. Ova vrednost se odnosi na količinu fizičke memorije koja je potrebna za čuvanje informacija za usmeravanje sastavljanja objekta i postavljanje usmerenosti u vremenu od jednostavnog do kompleksnog. I, dok memorija mora postojati u okruženju da bi objekat u postojanje, u teoriji sklopa memorija je takođe suštinska fizička karakteristika objekta. U stvari, to je objekat.

IFE je gomila objekata koji grade druge objekte koji grade druge objekte – to su objekti koji grade objekte, skroz dole. Neki objekti su se pojavili tek relativno nedavno, kao što su sintetičke “zauvek hemikalije” napravljene od organofluornih hemijskih jedinjenja. Drugi su se pojavili pre nekoliko milijardi godina, kao što je fotosinteza biljnih ćelija. Različiti objekti imaju različite dubine u vremenu. A ova dubina je direktno povezana i sa indeksom montaže objekta i sa brojem kopije, koji možemo kombinovati u broj: količinu koja se zove ‘Zbir’, ili A. Što je veći broj zbira, to je objekat dublji u vremenu.

Za merenje montaže u laboratoriji, hemijski analiziramo objekat kako bismo prebrojali koliko kopija datog molekula sadrži. Zatim zaključujemo složenost objekta, poznatu kao njegov indeks molekularnog sklopa, brojanjem broja delova koje sadrži. Ovi molekularni delovi, kao što su aminokiseline u proteinskom nizu, često se zaključuju određivanjem indeksa molekularnog sklopa objekta – teoretski broj sklopa. Ali mi ne zaključujemo teoretski. Mi “brojimo” molekularne komponente objekta koristeći tri tehnike vizualizacije: masena spektrometrija, infracrvena i nuklearna magnetna rezonanca (NMR) spektroskopija. Izvanredno, broj komponenti koje smo izbrojali u molekulima mapira se na njihove teorijske brojeve sklopova. To znači da možemo izmeriti indeks montaže objekta direktno sa standardnom laboratorijskom opremom.

Visok broj sklapanja – visok indeks montaže i visok broj kopija – ukazuje na to da se može pouzdano napraviti nečim u svom okruženju. To bi mogla biti ćelija koja konstruiše molekule visokog sklopa kao što su proteini, ili hemičar koji pravi molekule sa još većom vrednošću sklapanja, kao što je lek protiv raka Taxol (paklitaksel). Složeni objekti sa velikim brojem kopija nisu nastali nasumično, već su rezultat procesa evolucije ili selekcije. Oni se ne formiraju nizom slučajnih susreta, već selekcijom u vremenu. Tačnije, određena dubina u vremenu.

Ovo je težak koncept. Čak i hemičari smatraju da je ovu ideju teško shvatiti, jer je lako zamisliti da se “složeni” molekuli formiraju slučajnim interakcijama sa svojim okruženjem. Međutim, u laboratoriji, slučajne interakcije često dovode do proizvodnje “katrana”, a ne objekata visokog Zbira. Tar je najgora noćna mora hemičara, neuredna mešavina molekula koja se ne može pojedinačno identifikovati. Često se nalazi u eksperimentima o poreklu života. U eksperimentu američkog hemičara Stanlei Millera “prebiotička supa” 1953. godine, aminokiseline koje su se formirale u početku pretvorile su se u nered neidentifikovanog crnog gloopa ako je eksperiment predugo trajao (a istraživači nisu nametnuli nikakvu selekciju da zaustave hemijske promene). Problem u ovim eksperimentima je u tome što je kombinatorni prostor mogućih molekula toliko ogroman za objekte visokog sklopa da se ne proizvode specifični molekuli u velikom izobilju. ‘Tar’ je rezultat.

To je kao da bacite 5.923 komada iz Lego Tadž Mahala u vazduh i očekujete da se spoje, spontano, tačno onako kako instrukcije navode. Sada zamislite da uzmete komade iz 100 kutija istog Lego seta, bacite ih u vazduh i očekujete 100 primeraka potpuno iste zgrade. Verovatnoće su neverovatno niske i mogu biti nula, ako je teorija montaže na pravom putu. To je verovatno kao razbijeno jaje koje se spontano reformiše.

Ali šta je sa složenim objektima koji se javljaju prirodno bez selekcije ili evolucije? Šta je sa pahuljicama, mineralima i složenim olujnim sistemima? Za razliku od objekata generisanih evolucijom i selekcijom, oni ne moraju biti objašnjeni kroz njihovu “dubinu u vremenu”. Iako pojedinačno složeni, oni nemaju visoku vrednost slklapanja jer se formiraju nasumično i ne zahtevaju memoriju da se proizvede. Imaju nizak broj primeraka jer nikada ne postoje u identičnim kopijama. Ne postoje dve iste snežne pahuljice, a isto važi i za minerale i olujne sisteme.

Teorija sklapanja ne samo da menja način na koji razmišljamo o vremenu, već i način na koji definišemo sam život. Primenom ovog pristupa na molekularne sisteme, trebalo bi da bude moguće izmeriti da li je molekul proizveden evolucionim procesom. To znači da možemo odrediti koji su molekuli mogli biti napravljeni samo živim procesom, čak i ako taj proces uključuje hemije različite od onih na Zemlji. Na ovaj način, teorija montaže može da funkcioniše kao univerzalni sistem za detekciju života koji radi merenjem indeksa montaže i brojeva kopija molekula u živim ili neživim uzorcima.

U našim laboratorijskim eksperimentima otkrili smo da samo živi uzorci proizvode molekule visokog sklopa. Naši timovi i saradnici su reprodukovali ovaj nalaz koristeći analitičku tehniku koja se zove masena spektrometrija, u kojoj se molekuli iz uzorka “mere” u elektromagnetnom polju, a zatim razbijaju na komade koristeći energiju. Razbijanje molekula na bitove omogućava nam da izmerimo njegov indeks montaže brojanjem jedinstvenih delova koje sadrži. Kroz ovo možemo utvrditi koliko je koraka potrebno za proizvodnju molekularnog objekta, a zatim kvantifikovati njegovu dubinu u vremenu sa standardnom laboratorijskom opremom.

Da bismo potvrdili našu teoriju da objekti sa visokim sklopom mogu biti generisani samo životom, sledeći korak je uključivao testiranje živih i neživih uzoraka. Naši timovi su bili u mogućnosti da uzmu uzorke molekula iz celog Sunčevog sistema, uključujući različite žive, fosilizovane i abiotske sisteme na Zemlji. Ovi čvrsti uzorci kamena, kostiju, mesa i drugih oblika materije rastvoreni su u rastvaraču, a zatim analizirani masenim spektrometrom visoke rezolucije koji može da identifikuje strukturu i svojstva molekula. Otkrili smo da samo živi sistemi proizvode obilne molekule sa indeksom montaže iznad eksperimentalno određene vrednosti od 15 koraka. Prekid između 13 i 15 je oštar, što znači da molekuli napravljeni slučajnim procesima ne mogu da pređu 13 koraka. Mislimo da je ovo indikativno za faznu tranziciju u kojoj fizika evolucije i selekcije mora da preuzme od drugih oblika fizike da objasni kako je molekul formiran.

Ovi eksperimenti potvrđuju da se u životu nalaze samo objekti sa dovoljno visokim brojem sklopova – veoma složeni i kopirani molekuli. Ono što je još uzbudljivije je da možemo pronaći ove informacije bez znanja bilo šta drugo o molekulu prisutnom. Teorija sklopa može da utvrdi da li su molekuli sa bilo kog mesta u Univerzumu izvedeni iz evolucije ili ne, čak i ako ne znamo koja hemija se koristi.

Mogućnost otkrivanja živih sistema na drugim mestima u galaksiji je uzbudljiva, ali uzbudljivija za nas je mogućnost nove vrste fizike i novog objašnjenja života. Kao empirijska mera objekata jedinstveno proizvedenih evolucijom, Skupština otključava više opštu teoriju života. Ako teorija drži, njena najradikalnija filozofska implikacija je da vreme postoji kao materijalno svojstvo složenih objekata stvorenih evolucijom. To jest, baš kao što je Ajnštajn radikalizovao naše poimanje vremena ujedinjujući ga sa prostorom, teorija sastavljanja ukazuje na radikalno novu koncepciju vremena ujedinjujući ga sa materijom.

To je radikalno jer, kao što smo primetili, vreme nikada nije bilo fundamentalno u istoriji fizike. Njutn i neki kvantni fizičari to vide kao pozadinu. Ajnštajn je mislio da je to iluzija. I, u radu onih koji proučavaju termodinamiku, to je shvaćeno kao samo emergentna imovina. Teorija montaže tretira vreme kao fundamentalno i materijalno: vreme je stvar od koje su napravljene stvari u Univerzumu. Objekti stvoreni selekcijom i evolucijom mogu se formirati samo kroz prolazak vremena. Ali nemojte razmišljati o ovom vremenu kao o izmerenom otkucavanju sata ili nizu kalendarskih godina. Vreme je fizički atribut. Razmislite o tome u smislu sklapanja, merljive unutrašnje osobine dubine ili veličine molekula u vremenu.

Ova ideja je radikalna jer takođe omogućava fizici da objasni evolutivne promene. Fizika je tradicionalno proučavala objekte koje Univerzum može spontano sastaviti, kao što su elementarne čestice ili planete. Teorija sklopa, s druge strane, objašnjava evoluirane objekte, kao što su složeni molekuli, biosfere i računari. Ovi složeni objekti postoje samo duž loza u kojima su stečene informacije specifične za njihovu izgradnju.

Ako pratimo te loze unazad, izvan porekla života na Zemlji do porekla Univerzuma, bilo bi logično sugerisati da je “sećanje” Univerzuma bilo niže u prošlosti. To znači da je sposobnost Univerzuma da generiše objekte visokog sklopa fundamentalno ograničena njegovom veličinom u vremenu. Baš kao što kamion sa poluprikolicom neće stati u standardnu kućnu garažu, neki objekti su preveliki na vreme da bi nastali u intervalima koji su manji od njihovog indeksa montaže. Da bi složeni objekti poput računara postojali u našem Univerzumu, mnogi drugi objekti su morali prvo da se formiraju: zvezde, teški elementi, život, alati, tehnologija i apstrakcija računarstva. Za to je potrebno vreme i kritično zavisi od puta zbog uzročne nepredviđene situacije svake inovacije. Rani Univerzum možda nije bio sposoban za računanje kao što ga poznajemo, jednostavno zato što još nije postojalo dovoljno istorije. Vreme je moralo da prođe i da se materijalno instancira kroz izbor konstitutivnih objekata računara. Isto važi i za Lego strukture, velike jezičke modele, nove farmaceutske lekove, “tehnosferu” ili bilo koji drugi složeni objekat.

Posledice objekata koji imaju suštinsku materijalnu dubinu u vremenu su dalekosežne. U blok univerzumu, sve se tretira kao statično i postoji odjednom. To znači da objekti ne mogu biti uređeni po svojoj dubini u vremenu, a selekcija i evolucija ne mogu se koristiti da bi se objasnilo zašto neki objekti postoje, a drugi ne. Re-konceptualizacija vremena kao fizičke dimenzije složene materije, i postavljanje usmerenosti za vreme može da nam pomogne da rešimo takva pitanja. Izrada vremena materijalnim kroz teoriju montaže objedinjuje nekoliko zbunjujućih filozofskih koncepata vezanih za život u jednom merljivom okviru. U srcu ove teorije je indeks sklapanja, koji meri složenost objekta. To je kvantitativni način opisivanja evolucionog koncepta selekcije pokazujući koliko je alternativa isključeno da bi se dobio određeni objekat. Svaki korak u procesu sastavljanja objekta zahteva informacije, memoriju, da bi se odredilo šta treba i šta ne treba da se dodaje ili menja. U izgradnji Lego Tadž Mahala, na primer, moramo da preduzmemo određeni niz koraka, od kojih nas svaki usmerava ka konačnoj zgradi. Svaki pogrešan korak je greška, a ako napravimo previše grešaka ne možemo izgraditi prepoznatljivu strukturu. Kopiranje objekta zahteva informacije o koracima koji su ranije bili potrebni za proizvodnju sličnih objekata.

Ovo čini teoriju sklopa uzročnom teorijom fizike, jer osnovna struktura prostora za montažu – čitav spektar potrebnih kombinacija – naređuje stvari u lancu uzročnosti. Svaki korak se oslanja na prethodno izabrani korak, a svaki objekat se oslanja na prethodno izabrani objekat. Ako smo uklonili bilo koji korak u putu montaže, konačni objekat ne bi bio proizveden. Buzzvords često povezan sa fizikom života, kao što su ‘teorija’, ‘informacije’, ‘pamćenje’, ‘uzročnost’ i ‘selekcija’, su materijalni jer sami objekti kodiraju pravila da pomognu u izgradnji drugih ‘složenih’ objekata. To bi mogao biti slučaj u uzajamnoj katalizi gde objekti međusobno čine jedni druge. Dakle, u teoriji montaže, vreme je u suštini ista stvar kao i informacija, pamćenje, uzročnost i selekcija. Svi su napravljeni fizički jer pretpostavljamo da su karakteristike objekata opisanih u teoriji, a ne zakoni kako se ti objekti ponašaju. Teorija sklapanja ponovo uvodi širenje, pokretni osećaj vremena u fiziku pokazujući kako je njegovo prolazak stvar od koje su napravljeni složeni objekti: veličina budućnosti se povećava sa složenošću.

Njegova nova koncepcija vremena mogla bi da reši mnoge otvorene probleme u fundamentalnoj fizici. Prva i najvažnija je debata između determinizma i nepredviđenosti. Ajnštajn čuveno rekao je da Bog “ne igra kockice”, a mnogi fizičari su i dalje primorani da zaključe da determinizam drži, a naša budućnost je zatvorena. Ali ideja da početni uslovi Univerzuma, ili bilo koji proces, određuju budućnost je uvek bila problem. U teoriji montaže, budućnost je određena, ali ne dok se to ne desi. Ako ono što sada postoji određuje budućnost, a ono što postoji sada je veće i bogatije informacijama nego što je bilo u prošlosti, onda i moguće budućnosti postaju sve veće kako objekti postaju složeniji. To je zato što postoji više istorije u sadašnjosti iz koje se mogu sastaviti nove buduće države. Tretiranje vremena kao materijalne osobine objekata koje stvara omogućava da se u budućnosti generiše novina.

Novina je kritična za naše razumevanje života kao fizičkog fenomena. Naša biosfera je objekat koji je star najmanje 3,5 milijardi godina po meri vremena na satu (Zbir je drugačija mera vremena). Ali kako je život počeo? Šta je omogućilo živim sistemima da razviju inteligenciju i svest? Tradicionalna fizika sugeriše da se život “pojavio”. Koncept pojave obuhvata kako se nove strukture pojavljuju na višim nivoima prostorne organizacije koje se ne mogu predvideti sa nižih nivoa. Primeri uključuju vlažnost vode, koja se ne predviđa iz pojedinačnih molekula vode, ili način na koji su žive ćelije napravljene od pojedinačnih neživih atoma. Međutim, objekti tradicionalna fizika smatra emergentnim postaju fundamentalni u teoriji montaže. Iz ove perspektive, “emergentnost” objekta – koliko daleko odstupa od očekivanja fizičara o elementarnim građevnim blokovima – zavisi od toga koliko duboko leži u vremenu. To nas upućuje ka poreklu života, ali možemo putovati i u drugom pravcu.

Ako smo na pravom putu, teorija sklapanja sugeriše da je vreme fundamentalno. To sugeriše da se promena ne meri satovima, već je kodirana u lancima događaja koji proizvode složene molekule sa različitim dubinama u vremenu. Sastavljeni iz lokalne memorije u prostranstvu kombinatornog prostora, ovi objekti beleže prošlost, deluju u sadašnjosti i određuju budućnost. To znači da se Univerzum širi u vremenu, a ne u prostoru – ili možda prostor izlazi iz vremena, kao što sugerišu mnogi trenutni predlozi kvantne gravitacije. Iako Univerzum može biti potpuno deterministički, njegovo širenje u vremenu implicira da se budućnost ne može u potpunosti predvideti, čak ni u principu. Budućnost Univerzuma je otvorenija nego što smo mogli predvideti.

Vreme može biti stalno pokretna tkanina kroz koju doživljavamo stvari koje se spajaju i razdvajaju. Ali tkanina čini više od pokreta – ona se širi. Kada je vreme objekat, budućnost je veličina Univerzuma.

Objavljeno u saradnji sa Institutom Santa Fe, strateškim partnerom Aeon-a.

Sara Voker

je astrobiolog i teorijski fizičar na Državnom univerzitetu Arizona, gde je zamenik direktora Beiond Centra za fundamentalne koncepte u nauci i profesor u Školi za istraživanje Zemlje i svemira. Ona je takođe spoljni profesor na Institutu Santa Fe i saradnik na Institutu Berggruen.

Lee Cronin

je Regius Katedra za hemiju na Univerzitetu u Glazgovu u Škotskoj i izvršni direktor Chemifi.

Izvor: AEON

Tekstovi o nauci na portalu P.U.L.S.E

  AEON, Astronomija, fizika, Nauka, univerzum, Vreme