Do početka ovog veka ljudi su smatrali da je vreme apsolutno. Drugim rečima, bilo koji događaja mogao se označiti nekim brojem nazvanim “vreme” na jedinstven način, a svi časovnici složili bi se u merenju intervala između dva događaja. Tek je otkriće da je brzina svetlosti ista za sve posmatrače bez obzira kako se oni kreću dovelo do teorije relativnosti u kojoj je napuštena zamisao o postojanju jedinstvenog i apsolutnog vremena. Zajedno sa Teorijom relativnosti vreme je postalo jedan ličan pojam, relativan u odnosu na posmatrača koji ga meri.

Za dobro opisivanje događaja u evoluciji univerzuma neophodno je objedinjene teorije gravitacije i kvantne mehanike, ali onda je neophodno uvesti i zamisao imaginarnom vremenu. Imaginarno vreme se ne razlikuje od pravca u prostoru. Ako neko idi u jednom smeru, onda jednostavno može da se okrene i da se vrati nazad; ista tako ako neko ide napred u imaginarnom vremenu lako može da se okrene i vrati nazad. Iz ovog proizilazi zaključak da ne postoji neka bitna razlika između smera napred i “smera” “nazad” u imaginarnom vremenu. Ali, u slučaju “realnog” vremena postoji ogromna razlika između smera “napred” i smera “nazad”, što je to svima nama dobro poznato. Odakle potiče ta razlika između prošlosti i budućnosti? Zašto se sećamo prošlosti a ne budućnosti?

Zakoni prirode ne prave razlike između prošlosti i budućnosti. Zakoni prirode ostaju nepromenjeni kod kombinacija simetrija koje se označavaju sa “C”, “P” i “T” . Zakoni prirode koji upravljaju ponašanjem materije pod svim normalnim okolnostima ostaju nepromenjeni u slučaju kombinovanja prve dve simetrije, “C” i “P”, odnosno život bi bio potpuno isti za žitelje neke planete koja bi predstavljali naše slike u ogledalu i koji bi bili sagrađeni od antimaterije, a ne od materije.

Ako se zakoni prirode ne menjaju u uslovima kombinovanja operacija “C” i “P”, kao i operacija “C”, “P” i “T”, onda moraju ostati nepromenjeni i u slučaju samo operacije “T”. Postoji, međutim, velika razlika između smera “napred” i smera “nazad” stvarnog vremena u običnom životu. Zamislite čašu punu vode koja pada sa stola i razbija se u komade na podu. Ukoliko biste to snimili, lako biste mogli da kažete da li se film pušta napred ili nazad. Ako biste ga pustili nazad, videli biste deliće kako se iznenada sakupljaju sa poda i obrazuju celu čašu, koja potom skače na sto. Ustanovili biste da je film pušten unazad po tome što se ovakvo ustrojavanje nikada ne događa u običnom životu. Ukoliko bi se ipak događalo, proizvođači staklarije ubrzo bi ostali bez posla.

Razlog kojim se obično objašnjava zašto ne vidimo razbijene čaše kako se skupljaju sa poda i skaču natrag na sto jeste taj što se takvom nečem protivi Drugi zakon termodinamike. Prema ovom zakonu, u bilo kom zatvorenom sistemu uvek dolazi do povećanja nereda ili entropije. Drugim rečima, posredi je vid poznatog Marfijevog zakona: “Stvari uvek teže da se pogoršaju!” Cela čaša na stolu predstavlja stanje visokog reda, dok je razbijena čaša na podu stanje nereda. Lako se može ići od cele čaše na stolu u prošlosti, do razbijene čaše na podu u budućnosti, ali ne i obrnuto.

Povećanje nereda ili entropije sa vremenom jedan je od primera onoga što se naziva strela vremena i čime se pravi razlika između prošlosti i budućnosti, odnosno određuje smer vremena. Postoje najmanje tri različite strele vremena. Tu je, najpre, termodinamička strela vremena, smer vremena u kome se nered ili entropija povećavaju. Zatim je tu psihološka strela vremena. To je smer u kome mi osećamo da vreme protiče, smer u okviru koga pamtimo prošlost, ali ne i budućnost. Konačno, postoji i kosmološka strela vremena. Posredi je smer vremena u sklopu koga se Univerzum širi, a ne sažima.

U nastavku biće reči o uslovima bezgraničnosti Univerzuma, i zašto sve tri strele vremena mora da pokazuju u istom smeru – štaviše, zašto uopšte mora da postoji potpuno određena strela vremena. Biće objašnjeno zašto je psihološka strela određena termodinamičom strelom vremena, kao i da ove dve strele uvek moraju da pokazuju u istom smeru. Ukoliko pretpostavimo bezgraničnost Univerzuma videćemo da moraju postojati sasvim određena termodinamička i kosmološka strela vremena, ali one neće pokazivati u istom smeru u svim razdobljima evolucije Univerzuma. Pokazaću da se jedino onda kad ove dve strele pokazuju u istom smeru stiču pogodni uslovi za nastanak inteligentnih bića, bića sposobnih da postave pitanje: “Zašto se nered povećava u smeru u kom se Univerzum širi?”

Počnimo od termodinamičke strele vremena. Drugi zakon termodinamike izlazi iz činjenice da uvek postoji veći broj nesređenih nego sređenih stanja. Zamislimo sistem koji je počeo u jednom od malog broja sređenih stanja. Sa proticanjem vremena sistem će se razvijati u saglasnosti sa zakonima nauke i njegovo stanje će se menjati. Verovatnoća da će se u nekom kasnijem trenutku vremena sistem naći u nesređenom stanju je veća nego verovatnoća da se sistem nađe u sređenom stanju.

Pretpostavimo sada da Bog odluči da Univerzum treba da se okonča u jednom stanju visokog reda, pri čemu nije bitno kakvo je bilo njegovo početno stanje. U ovom slučaju jasno je da se Univerzum u trenutku svog rađanja nalazio u nesređenom stanju. Iz ova dva stanja zaključujemo da bi onda nered morao da se smanjuje sa vremenom. U jednom takvom Univerzumu imali bi prilike da vidimo razbijene čaše koje se sastavljaju i vraćaju na sto. Međutim, i mi kao posmatrači događanja bili bi takođe deo Univerzuma u kome se nered smanjuje sa vremenom. Kod bića koja bi živela u ovakvom svetu psihološka strela vremena pokazivala bi u obrnutom smeru, oni bi se sećali budućnosti ali se ne bi sećali prošlosti (kad bi se čaša razbila sećali bi se da se nalazila na stolu, ali kad bi se nalazila na stolu ne bi se sećali da je pre toga bila razbijena).

Teško je govoriti o ljudskom pamćenju zbog toga što još nismo dovoljno upoznati sa time kako mozak “radi”. Da bi razmotrili psihološku strelu vremena razmatraćemo kako radi memorija računara (možemo pretpostaviti da je psihološka strela vremena ljudi i računara identična, jer u protivnom lako bi mogli da se obogatimo u sportskim kladionicama pomoću računara koji bi pamtio sutrašnje rezultate).

U osnovi, memorija nekog računara jeste sredstvo koje sadrži elemente koji mogu postojati u jednom od dva stanja. Jednostavan primer je “računar” zvan abakus . U svom najprostijem obliku on se sastoji od izvesnog broja žica. Na kraju svake žice nalazi se kuglica koja se može staviti u jedan od dva položaja. Pre nego što neki podatak biva zapamćen u memoriji “računara”, on se nalazi u nesređenom stanju, u kome postoje podjednaki izgledi za dva moguća stanja. (Kuglice abakusa razmeštene su bez reda na žicama ovog “računara”.) Pošto memorija stupi u međudejstvo sa sistemom koji treba upamtiti, njeni elementi će se zacelo naći u jednom od dva stanja, već prema opštem stanju sistema. (Svaka kuglica abakusa naći će se bilo na levoj ili desnoj žici.) Memorija je tako prešla iz stanja nereda u stanje reda. Kako bi se, međutim, došlo do toga da se memorija nalazi u pravom stanju, neophodno je upotrebiti izvesnu količinu energije (da bi se pomerile kuglice, ili da bi kompjuter uopšte radio, na primer). Ova energija se oslobađa u vidu toplote, što povećava količinu nereda u Univerzumu. Moglo bi se pokazati da je ovo povećanje nereda uvek veće od povećanja reda u samoj memoriji. Prema tome, toplota koju otklanja ventilator računara znači da kada ovaj zabeleži jedan podatak u memoriju, ukupna količina nereda u Univerzumu ipak se povećava. Drugim rečima, smer vremena u kome računar pamti prošlost isti je kao i smer vremena u kome se nered povećava.

Naše subjektivno osećanje smera vremena, psihološka strela vremena, određena je, tako, u našim mozgovima termodinamičkom strelom vremena. Baš kao i računar, mi takođe moramo da pamtimo stvari poretkom kojim se entropija povećava. Ovo čini gotovo beznačajnim drugi zakon termodinamike. Nered se povećava sa vremenom zato što merimo vreme u smeru u kome se nered povećava. Ništa u Univerzumu nije izvesnije od toga!

Ali zašto uopšte postoji termodinamička strela vremena? Ili, drugim rečima, zašto bi se Univerzum nalazio u stanju visokog reda na jednom kraju vremena, kraju koji mi nazivamo prošlost? Zbog čega nije u stanju potpunog nereda u svim vremenima? Takvo stanje bi, uostalom, izgledalo verovatnije. I zašto je smer vremena u kome se nered povećava isti kao i smer vremena u kome se Univerzum širi?

Uz pomoć klasične teorije opšte relativnosti ne možemo da predvidimo kako je Univerzum rođen, zbog toga što svi poznati zakoni nauke prestaju da važe u trenutku Velikog Praska. Univerzum je mogao da se rodi na jedan vrlo ravnomeran i sređen način i to bi dovelo do sasvim određenje termodinamičke i kosmološke strele vremena, kao što i jeste slučaj. Ali isto tako Univerzum je mogao biti rođen u veoma haotičnom i nesređenom stanju. U ovom slučaju Univerzum bi se i u trenutku samog rođenja nalazio u potpunog nereda pa on više ne bi mogao da se povećava sa vremenom. Tada bi početni nered ili ostao nepromenjen i ne bi postojala određena termodinamička strela vremena, ili bi se smanjivao sa vremenom a tada bi termodinamička strela vremena pokazivala u suprotnom smeru od kosmološke strele vremena. Nijedna od ovih mogućnosti nije u saglasnostima sa današnjim posmatranjima. Međutim, već je poznato da klasična opšta teorija relativnosti predviđa sopstveni krah. U trenutku kad zakrivljenost prostora postane velika do izražaja dolaze kvantna gravitaciona dejstva klasična teorija više nije u mogućnosti da tačno opiše Univerzum. Potrebno je dakle primeniti kvantnu teoriju gravitacije da bi se otkrilo to kako je Univerzum rođen.

U kvantnoj teoriji gravitacije da bi se odredilo stanje Univerzuma i dalje je potrebno ustanoviti kako bi se moguće istorije Univerzuma ponašale na granici prostor-vremena u prošlosti. Ova nelagodna obaveza opisivanja onoga što ne znamo i što ne možemo znati mogla bi se izbeći jedino ako bi ove istorije zadovoljile uslov bezgraničnosti: da im je, naime, pružanje konačno, ali da nemaju granica, rubova ili singularnosti. U tom slučaju početak vremena predstavljao bi pravilnu, ravnomernu tačku prostor-vremena, a Univerzum bi počeo svoje širenje u veoma ravnomernom i sređenom stanju. Ono ne bi moglo biti potpuno jednoobrazno, zato što bi se time narušilo Hajgensov princip neodređenosti kvantne teorije. Morale bi da postoje male fluktuacije gustina i brzina čestica. Uslov bezgraničnosti, međutim, nalaže da ove fluktuacije ne budu nimalo veće od onoga što minimalno propisuje princip neodređenosti.

Univerzum bi počeo razdobljem eksponencijalnog ili “inflatornog” širenja kojim bi se njegova veličina povećavala veoma velikim činiocem. Tokom ovog širenja fluktuacije gustine ostale bi male u početku, ali bi kasnije počele da rastu. Kod područja u kojima je gustina nešto iznad proseka došlo bi do usporenja širenja pod dejstvom gravitacionog privlačenja dodatne mase. Konačno, takva područja prestala bi da se šire i kolabrirala bi, obrazujući galaksije, zvezde i bića kao što smo mi. Univerzum bi, dakle, počeo u ravnomernom i sređenom stanju, a postajao bi haotičan i nesređen s protokom vremena. Ovim bi se objasnilo postojanje termodinamičke strele vremena.

Ali šta bi se dogodilo ako i kada Univerzum prestane da se širi i počne da se sažima? Da li će se termodinamička strela okrenuti, a nered početi da se smanjuje s vremenom? Ovo bi ljude koji prežive prelazak iz faze širenja u fazu sažimanja suočilo sa svom silom naučnofantastičnih posledica. Da li bi oni videli kako se razbijene čaše sakupljaju sa poda i skaču natrag na sto? Da li bi mogli da se sete sutrašnjih rezultata i obogate u sportskoj kladionici? Izgleda prilično akademski brinuti se o onome što može da se dogodi kada Univerzum počne da se sažima, budući da to ionako neće početi da se događa bar još narednih deset milijardi godina. Ipak, postoji jedan brži način da se ustanovi šta će se dogoditi: jednostavno, treba skočiti u crnu rupu. Kolabriranje zvezde koje se okončava crnom rupom prilično nalikuje na završnoj fazi kolabriranja celog Univerzuma. Ako, dakle, nered treba da se smanji u sažimajućoj fazi Univerzuma, može se očekivati da će se on smanjivati i unutar crne rupe. Jedan astronaut koji bi pao u crnu rupu mogao bi da silno zaradi na ruletu setivši se gde je kuglica pala pre nego što stavi žetone na sto. (Na žalost on se ne bi naigrao zbog toga što bi uskoro bio pretvoren u rezance. Isto tako, ne bi bio u prilici da nas izvesti o okretanju termodinamičke strele, pa čak ni da uloži svoj dobitak u banku, zato što bi se nalazio u oblasti iza horizonta događaja crne rupe odakle ništa ne može da izađe, pa čak ni svetlost.)

Sada dolazimo do novog pitanja: zašto uočavamo da termodinamička i kosmološka strela vremena pokazuju u istom smeru? Ili drugačije rečeno, zašto se nered povećava u onom smeru u kom se Univerzum širi? Ukoliko neko smatra da će se Univerzum širiti, a potom ponovo sažeti onda ovo pitanje glasi: “Zašto smo mi u fazi širenja, a ne u fazi sažimanja Univerzuma?”

Na ovo pitanje može se odgovoriti na vrlo jednostavan način. Uslovi u fazi sažimanja ne bi bili pogodni za postojanje inteligentnih bića koja bi bila u mogućnost da postave ovo pitanje. Širenje u ranim razdobljima Univerzuma znači da se on mora širiti brzinom veoma bliskoj kritičnoj, na kojoj jedva da izbegava početak sažimanja, pa zbog toga do ovog veoma dugo ne dolazi. Kad ipak dođe, ako se to uopšte desi, sve zvezde će već sagoreti, a protoni i neutroni u njima verovatno će se raspasti na fotone svetlosti i zračenje, Univerzum će se tada nalaziti u stanju gotovo potpunog nereda. Neće više postojati termodinamička strela vremena. Nered više neće moći da se povećava zato što će se Univerzum nalaziti u stanju potpunog nereda. Snažna termodinamička strela neophodna je da bi život mogao da postoji. Da bi postojala ljudska bića moraju da troše hranu koja predstavlja sređen oblik energije i da je pretvaraju u toplotu, koja predstavlja nesređeni oblik energije. Iz ovog može se izvesti zaključak da inteligentni život ne može da postoji u fazi sažimanja Univerzuma. Ovo je istovremeno i odgovor na pitanje zašto vidimo da termodinamička i kosmološka strela vremena pokazuju u istom smeru. Stvar nije u tome što širenje Univerzuma dovodi do povećanja nereda, već u tome što uslov bezgraničnosti ima za posledicu ovo povećanje, uzrokujući istovremeno da uslovi pogodni za inteligentan život postoje jedino u fazi širenja.

Da rezimiramo: zakoni nauke ne prave razliku između smera “napred” i smera “nazad” u vremenu. Postoje, međutim, najmanje tri strele vremena koje razlikuju prošlost od budućnosti. To su: termodinamička strela (smer vremena u kome dolazi do povećanja nereda), psihološka strela (smer vremena u okviru koga se mi sećamo prošlosti, ali ne i budućnosti) i kosmološka strela (smer vremena u kome se Univerzum širi, a ne sažima). Videli smo da je psihološka strela u osnovi ista kao i termodinamička, tako da će njih dve uvek pokazivati u istom smeru. Uslov bezgraničnosti Univerzuma predviđa postojanje sasvim određene termodinamičke strele vremena, zato što Univerzum mora početi ravnomernim i sređenim stanjem. A razlog što uočavamo da se termodinamička strela slaže sa kosmološkom strelom jeste taj što inteligentna bića mogu postojati jedino u fazi širenja. Faza sažimanja bila bi nepogodna zato što nema snažnu termodinamičku strelu vremena.