Tiden virker lineær for oss: Vi husker fortiden, opplever nåtiden og forutsier fremtiden, og beveger oss fortløpende fra det ene øyeblikket til det neste. Men hvorfor er det slik, og kan tid til syvende og sist være en slags illusjon? I denne episoden, den nobelprisvinnende fysikeren Frank Wilczek snakker med verten Steven Strogatz om tidens mange «piler» og hvorfor de fleste av dem virker irreversible, essensen av hva en klokke er, hvordan Einstein endret vår definisjon av tid, og den uventede sammenhengen mellom tid og våre forestillinger om hva mørk materie kan være.

Hør på Apple Podcasts, Spotify, Google Podcasts, TuneIn eller din favoritt podcasting-app, eller du kan streame det fra Quanta.

Transcript

STEVEN STROGATZ: Vi er alle klar over tidens gang. Vi har følt det i årstidenes skiftende, rytmene til sang og dans, barna våre som vokser opp og blir eldre. Liker det eller ikke, tid er en grunnleggende del av livet. Og gjennom årtusener har forskere generelt sett på tid som en endimensjonal ting, en pil som fortsetter å bevege seg fremover, aldri bakover. Men jo nærmere vi ser tiden, jo mer komplisert og mystisk blir det. Forskere i dag er delt om tiden, eller i det minste vår opplevelse av den, er ekte eller illusorisk. Kanskje vi egentlig ikke beveger oss gjennom tiden. Kanskje nåtid, fortid og fremtid alle er like virkelige.

[Temaspill]

Jeg heter Steve Strogatz, og dette er «The Joy of Why», en podcast fra Quanta Magazine, hvor min medvert, Jana Levin, og jeg bytter på å utforske noen av de største ubesvarte spørsmålene innen matematikk og naturfag i dag.

I denne episoden vil vi spørre teoretisk fysiker Frank Wilczek, "Hva er tid?" Hvordan har vi definert det tidligere? Og hvordan kan kvantefysikk redefinere det i fremtiden?

Frank er Herman Feshbach-professor i fysikk ved MIT, en fremtredende professor ved Arizona State University og professor ved Stockholms universitet. Han er vinneren av 2004 Nobelpris i fysikk og Templeton-prisen 2022. Og han er forfatter av en rekke bøker, inkludert, sist, Grunnleggende: Ti nøkler til virkeligheten. Frank, velkommen til «The Joy of Why».

FRANK WILCZEK: Takk skal du ha. Glad for å være her.

STROGATZ: Vel, jeg er veldig glad for å prate med deg igjen. Jeg elsket hele boken din Fundamentals, og forklaringen du ga om tid og hvordan jeg skulle tenke på tid for meg var en av de mest gripende og vakre. Men jeg vil gjerne begynne med et slags personlig spørsmål om din opplevelse av tid, akkurat som en sønn og en person, en ektemann, jeg vet ikke. Hvordan opplever du tid som person, og er den forskjellig fra hvordan du opplever den som vitenskapsmann?

WILCZEK: Vel, i år har jeg blitt konfrontert med tid på en veldig fin måte. Dette, dette er 50-årsjubileet for både min første vitenskapelige artikkel og også, ikke tilfeldig, for ekteskapet mitt. Det er 50 år siden...

STROGATZ: (ler) Wow.

WILCZEK: Og jeg har reflektert over tidens gang og på en måte reist tilbake i tid for å se tilbake på disse banebrytende øyeblikkene.

Det er et veldig interessant spørsmål du stiller, at tiden slik den vises i ligningene våre er... Vel, det er hovedvariabelen som verden utfolder seg under. Så det er et symbol, t, som vises i ligningene våre. Og ved å følge ligningene får vi hint om hva t er. Og det forteller deg hva dens egenskaper er, som gjenspeiles i tingene vi ser rundt oss og deres oppførsel.

Men tiden får et eget liv, så å si, fordi du kan diskutere dens egenskaper uavhengig av tingene den virker på, spesielt dens symmetri.

Men å gå tilbake til opplevelsen av tid versus en fysisk definisjon av tid - tingen som introduserer en rynke, bokstavelig talt, i den er at ved å lagre informasjon om fortiden og ved å tenke på fremtiden, kan vi reise gjennom tiden på måter som fysisk objekter som adlyder fysikkens ligninger, gjør det virkelig ikke.

Bare naboer i tide snakker virkelig med hverandre i ligningene. Men i tankene våre kan vi lagre minner. Eller vi kan tenke på fremtiden. Vi kan virkelig reise i tid.

STROGATZ: Det er flott. At det er noe i ligningene som vi bare ser uendelig mye fremover. Som du sier, det er naboer i tid som gjelder, ikke sant? Dagens forhold spår hva som vil skje i naboøyeblikket i fremtiden.

WILCZEK: Ja, absolutt i den nåværende forstått rammen av grunnleggende lov, er det slik det fungerer. Det er morsomt å spekulere i at det til syvende og sist kanskje er en mer global struktur, at det er forhold som vi ennå ikke har fanget opp som gjør universets utfoldelse uunngåelig og unik.

Men slik det er nå, forteller lovene deg om hvordan verdens tilstand i det ene øyeblikket utfolder seg til det den er i neste øyeblikk.

STROGATZ: Hva vil du si er de store mysteriene om tid?

WILCZEK: Jeg tror et mysterium som er veldig fruktbart, og jeg tror kanskje vi har gjort store fremskritt med å rydde opp, er at fysikkens grunnleggende lover ser ut til å være nesten reversibel i tid, selv om hverdagsopplevelsen av verden ikke er det.

Så det stiller to spørsmål, som er: Hvordan kan du komme deg fra grunnleggende lover som har den reversibilitetsegenskapen til å oppleve, noe som drastisk ikke gjør det?

Og så, for det andre, hvorfor i all verden hadde lovene den egenskapen når det ikke bare ikke er nødvendig å beskrive erfaring, men det er en slags forlegenhet? Det utgjør et problem, en utfordring. Hvordan forener vi den egenskapen til lovene med erfaring, som ser ut til å, om ikke motsi, i det minste være i spenning med den.

Det er to store problemer, som jeg tror i stor grad er løst, faktisk, men som fortsatt er veldig fruktbare, spesielt det første: Hvorfor er lovene slik?

Og så, et enda større problem, som – eller et enda mer mystisk og dyptgående problem er måten vi formulerer vår beskrivelse av verden på nå – i form av lover som forteller deg hvordan verden utfolder seg fra øyeblikk til øyeblikk – er at fullstendig?

Det virker på en måte filosofisk utilfredsstillende fordi det deler beskrivelsen av verden i to deler. Den ene er ligningene og den andre er verdens tilstand på en gang som du på en eller annen måte må injisere for å få ting i gang.

STROGATZ: Så la oss se om jeg får til dette. Spørsmålene er noe om hvorfor lovene har denne nesten reversible egenskapen.

WILCZEK: Ja.

STROGATZ: Spørsmålet om "ligninger versus begynnelsesbetingelser," vi kunne si det.

WILCZEK: Ja, ja.

STROGATZ: Noen mennesker der ute vil vite at du sier startbetingelser uten å si det.

WILCZEK: Ikke sant.

STROGATZ: Og det er denne sjargongen også, "tidens pil", om - at det etter vår erfaring føles som om tiden bare flyter fremover. Og du sier at man føler at den har en god oppløsning. Vi tror vi forstår tidens pil.

WILCZEK: Jeg tror det. Det er en lang historie som har blitt mer og mer overbevisende over tid. Men jeg tror det tilsynelatende er mange forskjellige tidspiler, mange forskjellige måter fremtiden er annerledes enn fortiden. Det er absolutt et psykologisk fenomen. Også termodynamikkens andre lov. Den forteller deg at ting blir mer tilfeldig, veldig grovt sett, men har også en presis formulering. Det er tidens strålingspil, at stråling har en tendens til å gå ut fra ting og ikke komme inn. Det er denne tidens pil knyttet til livets evolusjon. Og mange andre du kan finne på i farten. Overalt hvor du ser, er det tidspiler. Det er asymmetrier mellom fremtiden og fortiden.

Men jeg tror alle nå - vi kan pakke dem inn i én pil. Akkurat som "En ring som styrer dem alle", er det én pil som styrer dem alle, og det er tidens kosmologiske pil.

Og så kan du si at vi har løst mysteriet, men jeg tror det ville være mer nøyaktig å si at vi har pakket alle mysteriene inn i ett, som er: Hvorfor var det et Big Bang i utgangspunktet?

Tyngdekraften liker at ting klumper seg, men det tidlige universet på tidspunktet for Big Bang i verdensrommet var veldig, veldig ensartet. Så tyngdekraften var langt ut av likevekt. Og det som har skjedd siden den gang er tyngdekraften som sliter med å gjenopprette likevekt.

Så materien utvider seg og avkjøles, og så klumper den seg og lager (etter hvert) stjerner som begynner å frigjøre atomenergi og planeter som skapninger kan utvikle seg på. Det er en veldig plausibel historie som er rikt detaljert som justerer alle pilene med den ene pilen for kosmisk evolusjon.

STROGATZ: Jeg synes det er veldig — ikke engang sikker på hvilket adjektiv jeg vil sette på dette, men ideen om at vår opplevelse av tid som flyter bare fra nåtid til fremtiden og at egg ikke løsner seg selv og den slags ting, at dette er på en eller annen måte knyttet til utviklingen av hele universet fra dets varme uniformstilstand til dets nåværende klumpete, vet du, galaksefylte stjerne... Det er bare vilt å tenke på at ting som virker så fjernt, påvirker ryggsmerter nå som jeg er en gammel mann, vet du? Som, egentlig, ikke sant? Til syvende og sist er det det du sier.

WILCZEK: Det er absolutt ikke en åpenbar historie, og uten fjell av bevis som har blitt utviklet gjennom hele løpet av moderne vitenskap, ville det vært utrolig. Så det er helt forbløffende.

STROGATZ: Hvis ting ikke endret seg - som om vi kunne forestille oss et tankeeksperiment der ingenting forandret seg, ville tiden fortsatt eksistere? Finnes tid atskilt fra hendelser? Eller er tid et slags mål på at ting er i endring?

WILCZEK: Vel, du kan sikkert forestille deg - og faktisk kan du konstruere løsninger av fysikkens grunnleggende lover - så konsistente med alle de grunnleggende prinsippene vi vet der ingenting skjer, og t er fortsatt en ingrediens i disse ligningene -

STROGATZ: Så et tomt univers ville fortsatt ha tid?

WILCZEK: Ja, tiden vil fortsatt være i ligningene. Og du kan stille, selv i den situasjonen, spørsmålet om hva som ville skje hvis du gjorde en liten forstyrrelse i denne universelle likevekten? Og så ville tiden bli avslørt. Så tid ville vært litt latent, men det ser fortsatt ut til å være nødvendig for å formulere situasjonen. Vi snakker om noe som er uavhengig av tid, men at man ikke kan formulere det uten å si at det er noe det kunne vært avhengig av at det ikke gjør.

STROGATZ: Det er allerede et interessant svar. Jeg er litt overrasket over at du sier det. Jeg mener, du liker filosofi, så vidt jeg husker. Jeg tror du har studert litt filosofi, ikke sant?

WILCZEK: Veldig amatør, på en veldig amatøraktig måte. Men jeg har faktisk tenkt på dette nylig, på et teknisk nivå. Men tenk på en elv, strømmen av en elv. Det er to forskjellige beskrivelser du kan forestille deg av en elv som renner på en veldig regelmessig måte.

Så, i en beskrivelse, som teknisk kalles Euler-beskrivelsen, vil du spesifisere hva strømningshastigheten er ved hver posisjon, og det vil gi deg en fullstendig beskrivelse av strømmen til elven. Og hvis flyten er regelmessig, kan det hende at ingenting skjer. Hastighetene ville ikke endre seg over tid.

STROGATZ: Ikke sant.

WILCZEK: Imidlertid er det en annen beskrivelse assosiert med navnet på Lagrange. Det er en slags interiørbeskrivelse hvor du følger strømmen av individuelle vannmolekyler. Og så beveger disse prøvene seg med den lokale hastigheten. Og etter hvert som tiden går, er de på et annet sted, så de ser en annen hastighet. Selv om hastigheten opprinnelig var en funksjon av en posisjon, men ikke av tid. Men sett fra innsiden, når du følger selve strømmen, så skjer det ting.

Så begge beskrivelsene er gyldige. Hvis vi kaller denne elven et univers, forandrer ikke universet seg på en måte. Men som erfart fra innsiden er det i endring. Det er rikelig med rom for dynamisk utvikling når du er i elven og går med strømmen.

Og jeg tror det kan være på et dypt nivå det som skjer i universet. Hvis du vil ha en interiørbeskrivelse - en lagrangisk beskrivelse, i motsetning til Euler-beskrivelsen - er det ikke en selvmotsigelse. Det er bare en annen måte å se det samme objektet på, den samme virkeligheten fra det indre eller fra det ytre. Et menneskes øyesyn versus et Guds øyesyn.

STROGATZ: Jeg ønsker å utforske sammen med deg, du vet, forskjellige tidsoppfatninger i vitenskapens historie når vi for eksempel beveger oss fra Newton til Einstein. Men i dette øyeblikket vil jeg bare spørre deg - og det er selvfølgelig morsomt, vi fortsetter å snakke om tid mens vi diskuterer tid. Som jeg sier, "i dette øyeblikket skal jeg stille deg et spørsmål om tid."

WILCZEK: Det er vanskelig å unnslippe, er det ikke?

STROGATZ: Det er vanskelig å unnslippe!

WILCZEK: Det er det de sier. Hvis det er en illusjon, er det en ganske overbevisende illusjon.

STROGATZ: Det er en veldig overbevisende illusjon. Så her er hva jeg gikk for: at Einstein, vi vet, ble påvirket mye av en vitenskapsmann/filosof ved navn Mach, Ernst Mach. Vi snakker om Mach-tallet i lyd, men det er den samme Mach. Ok, men altså: Mach. Var denne fyren veldig interessert i operasjonelle definisjoner av ting. Så Einstein, som sitter der på patentkontoret og tenker på tid, begynner å si: "Tid er det klokkene måler."

Og du skriver mye om det Fundamentals, og jeg syntes det var et veldig interessant syn på ting. Du vil – kan du riffe på denne ideen? Skal vi tenke på tid som det klokker måler, i motsetning til en mer tåkete definisjon av tid?

WILCZEK: Vel, jeg tror det, hvis vi ønsker å tenke vitenskapelig og fruktbart om tid på et grunnleggende nivå. Men la meg kvalifisere det litt.

STROGATZ: Den trenger litt utpakking.

WILCZEK: Det engelske ordet "tid" dekker mye og kan brukes i forskjellige betydninger, akkurat som "energi", OK? Energi betyr noe veldig spesifikt i sammenheng med vitenskapelig diskusjon. Men i vanlig språk har det en mye bredere betydning som også har uklare kanter.

Så, på samme måte som med tid, når jeg sier, "tid er hva klokker måler," refererer jeg til det vitenskapelige konseptet tid som er ekstremt fruktbart og kan bæres veldig langt med stor presisjon. Og for å forstå det utsagnet riktig, må du også utvide konseptet om hva en klokke er.

En klokke er alt i verden som endrer seg på noen måte, fordi lovene er formulert i form av hvordan ting endres som en funksjon av denne variabelen t. Og alt endres, og ting endres på forskjellige måter. De beveger seg. De gjennomgår kjemiske reaksjoner. De eldes i biologisk forstand. Og det bemerkelsesverdige utsagnet er at denne ene variabelen i ligningene ligger til grunn for det hele.

Så du kan ha klokker som fungerer etter veldig, veldig forskjellige prinsipper. Du kan ha ting som overvåker jordens bevegelse rundt solen. Du kan ha ting som overvåker vannstrømmen, vannklokker. Du kan ha en klokke basert på å se hvordan noen eldes, et menneske eldes. Det ville ikke vært en veldig presis klokke, men i prinsippet, og hvis du gravde ned i biokjemien, det kan gjøres nøyaktig. Mange, mange forskjellige typer klokker, men de er alle konsistente med hverandre.

Så når jeg sier at tiden er det klokkene måler, er det mer enn en operasjonell uttalelse. Den har veldig ikke-trivielt innhold. Den sier at alle klokker som er riktig kalibrert og forstått, uansett hvilket prinsipp de er basert på, vil kunne komme til en konsistent enighet om hva klokken er.

STROGATZ: Vi kommer tilbake.

[Pause for annonseinnsetting]

STROGATZ: Velkommen tilbake til «The Joy of Why».

Ved å skifte gir litt fra filosofi her til vitenskapshistorie, ser det ut til at en stor del av historien om vitenskapens suksess, spesielt i det vi ofte kaller den vitenskapelige revolusjonen på 1600-tallet og senere, hadde å gjøre med evne til å begynne å måle tid ganske godt. At det ikke er tilfeldig at Galileo og Huygens og Newton og, du vet, deres etterfølgere var rundt på samme tid som det begynte å lages gode pendelklokker. Og at du kunne få bevegelseslovene på en måte at du ville hatt problemer med å få dem før du hadde gode tidtakingsapparater.

Tror du det er riktig? At - at vår vitenskapelige fremgang virkelig var avhengig av en evne til å måle tid godt?

WILCZEK: Det hjalp absolutt. Og spesielt hvis du utvider definisjonen av tid til å inkludere den vanlige bevegelsen til planeter, som Keplers lov om at planetene feier ut like områder på like tider. Og selvfølgelig var den observasjonen sentral i formuleringen av Keplers lover, som sammen med Galileos studie av pendula og fallende kropper, alt dette førte til toppen av den vitenskapelige revolusjonen: Newtons formulering av klassisk mekanikk og gravitasjonslovene. Så ja, det hele mye basert på betraktninger som stort sett brakte i tid.

STROGATZ: Så hvis vi spoler fremover - selvfølgelig, fortsatt holder oss til disse tidsspillene her - zoomer vi fremover nå til Einstein. I Einstein begynner vi virkelig å få noen veldig merkelige - for mange mennesker skjer kontraintuitive ting.

WILCZEK: Vel, ved å formulere en rikere beskrivelse av gravitasjonsinteraksjonen som går utover den newtonske forståelsen, og selv før det, i forsøket på å yte rettferdighet til symmetrien til elektrodynamikkens likninger, ble Einstein ledet til et mer fleksibelt tidsbegrep.

Så la meg starte med den spesielle relativitetsteorien, som historisk sett kom først. Hvis du er i et lukket laboratorium og, og nettopp gjorde eksperimenter i laboratorier som beveger seg i forhold til hverandre med konstant hastighet, ville du komme til de samme lovene, uansett hvilken hastighet den er. Det er essensen av spesiell relativitet. Men for å gjøre det, viser det seg at det en fyr vil kalle tid, kaller den andre en blanding av rom og tid. Det er en matematisk enkel blanding. Det er det vi kaller en lineær kombinasjon, men det er definitivt en blanding av rom og tid. Så dette introduserer ideen om at det er en viss fleksibilitet i å definere hva klokken er.

Du kan få gyldige fysikklover med det samme innholdet ved å bruke litt tid t eller en annen tid, t $latex ^{prime}$ [t-prime], det er en blanding av t og x, Hvor x er stillingen. Så det var spesiell relativitet.

Og så var det en slags stor overraskelse. fordi Newton, for eksempel, tenkte på tid som én ting. Newton var i høy grad en teolog, og mente veldig at det han gjorde i sitt arbeid var å forstå hvordan Gud virket. Og han tenkte på Gud som, du vet, å påtvinge verden sin psykologiske tid, tror jeg. Det var - ideen om at det kunne være forskjellige gyldige definisjoner av tid ville ha vært veldig fremmed for Newton.

Men det er det Einstein postulerte, og det lar deg få veldig fine formuleringer av fysikkens lover og finne regelmessigheter i dem som ellers ville være svært vanskelig å finne.

Og så, i generell relativitet, blir det enda merkeligere fordi du lar forskjellige mennesker på forskjellige steder få velge sine egne t versjon, hvilken av disse tidene du skal velge. Det kalles lokal Lorentz-invarians. Hver person kan velge sin egen blanding av plass og tid å bruke. Og du må formulere ligningene på en slik måte at de tillater disse valgene. De har det som kalles symmetri. Selv om formuleringen av ligningene vil se veldig annerledes ut hvis folk tar forskjellige valg, vil innholdet deres være det samme. Og bare helt spesielle ligninger har den egenskapen.

Og Einstein, i en utrolig geniprestasjon, var i stand til – fra det prinsippet – å utlede en forbedret teori om tyngdekraften. Tid blir smeltet sammen med rom, og hele romtiden kan krumme seg. Disse effektene er veldig, veldig små på laboratorieskala. Men når du snakker om makroskopiske skalaer - skalaen til jorden og jordens gravitasjonsfelt, eller universet, eller under svært ekstreme forhold, som hvor det er veldig store konsentrasjoner av masse som krummer rommet i sorte hull. Da kommer mer fleksible, bøybare eller til og med flytende former for tid til sin rett.

STROGATZ: Hmm. Jeg mener, det er mange relativitetstester, eksperimenter med å bære atomklokker rundt på fly. Hvis folk ikke har hørt disse tingene du nettopp nevnte, ville det sannsynligvis høres ganske fantastisk ut. Men vi har veldig gode, sterke bevis på at de alle er sanne, inkludert GPS-dingsene som vi bruker i våre biler. Du vet, jeg mener, hvis generell og spesiell relativitetsteori, hvis vi ikke tok hensyn til disse...

WILCZEK: Vel, GPS-en ville ikke fungere, fordi det er veldig viktig å få nøyaktig riktig tid i GPS. I funksjonene til GPS-systemet bruker du veldig presis timing for å utlede avstander, og stoler på at lysets hastighet er en universell konstant. Jeg forenkler litt, men dette er i grunnen sannheten, ja.

Og fordi lyshastigheten er veldig, veldig stor sammenlignet med daglige hastigheter, blir svært små feil i måling av tid reflektert til betydelige endringer i avstand. Så hvis du gjør små feil i hvordan du behandler tid, blir de forstørret til mye større feil, viktige feil i rommet. Så du må være veldig nøyaktig når det gjelder behandling av tid for å gjøre GPS til et nyttig system.

STROGATZ: Rett, så det faktum at satellittene er høyt oppe, der gravitasjonsfeltet er svakere. Du vet, det er alle disse satellittene som er en del av GPS-systemet, og de beveger seg ganske raskt der oppe. Alle disse tingene må tas i betraktning og korrigeres for, og jeg synes bare det er et flott eksempel på hvordan du kanskje tror at vår Einstein bare handler om sorte hull eller hele universet, men -

WILCZEK: Vel, det er virkelig bemerkelsesverdig at hvis du går tilbake til Einsteins originale spesielle relativitetsteori, snakker han om å synkronisere og korrelere forskjellige stasjoner, hvis du vil, slik at de kan bli enige om definisjonen av rom og tid. Og med litt humor kan du se at det han beskriver der er GPS-systemet.

STROGATZ: Wow.

WILCZEK: Du vet, folk som beveger seg rundt med stenger og klokker og bruker lysets hastighet som måten å synkronisere og, og, og deretter måle avstand. Det er nøyaktig - det er GPS-systemet, ikke sant.

STROGATZ: Å, jeg har aldri tenkt på dette. Det er så mange ting jeg vil spørre deg om. Hva med mørk materie? Jeg vet at det er en av favorittene dine. La oss høre om det. Hva har mørk materie med tid å gjøre?

WILCZEK: Logisk sett har den i beste fall en spinkel tilknytning til tid, men det er en veldig interessant historie som er veldig spennende og jeg er sterkt involvert i for øyeblikket. Så mørk materie er observasjonen at det er et helt nettverk av fenomener der det ser ut til at det er mer gravitasjon, mer gravitasjonskraft enn vi kan spore ned til tilstedeværelsen av materie.

Det ser veldig ut som det kan være en ny type partikkel som tilfeldigvis samhandler veldig, veldig svakt med den typen materie som vi har jobbet med i flere tiår, men likevel utøver tyngdekraften. Og jeg tror jeg vet hva det er, og det er en slags oppsiktsvekkende konsensus om at dette er en god idé — noe som kalles aksioner. Og nå, endelig, kommer forbindelsen til tid.

Aksjoner ble introdusert i fysikk ikke som en måte å generere mørk materie på, men som en måte å adressere lovenes rare egenskap: at de er nesten like eller har nesten det samme innholdet hvis du endrer retningen på tiden. Så selv om makroskopisk erfaring ikke oppfører seg slik, oppfører de mikroskopiske lovene seg slik.

Hvorfor? Vi har en veldig fin historie om det.

Prinsippene for relativitet og kvantemekanikk og de dype symmetriene til standardmodellen - de såkalte gaugesymmetriene som styrer essensen av de andre kreftene - begrenser kraftig interaksjonene som materie kan ha. Så hvis du antar at disse prinsippene er riktige, får du kraftige begrensninger på fysikkens lover.

Og det viser seg at som nesten en tilfeldig konsekvens av disse restriksjonene, går lovene nesten likt fremover og bakover i tid. Så det er en enorm triumf av teoretisk forståelse.

Men den er ikke helt ferdig. Og det er en interaksjon som er i samsvar med de grunnleggende lovene, de grunnleggende prinsippene, bør jeg si, som ville adlyde alle disse prinsippene, men ikke være reversible i tide. Og det er funnet at den interaksjonen også er veldig, veldig liten.

Så for å forstå det på en dyp måte, er den ledende ideen å introdusere et annet stort prinsipp. Dette er noe som heter Peccei-Quinn symmetri etter fysikerne som introduserte det.

Så innså noen av oss at som en konsekvens av dette nye prinsippet, er det en forutsigelse om at det må eksistere en ny type partikkel som jeg kaller aksionen, som har helt bemerkelsesverdige egenskaper. Det er spådd å samhandle veldig, veldig svakt med vanlig materie. Og så innser vi at hvis du kjører ligningene gjennom Big Bang, blir den produsert på akkurat den rette måten for å lage den mørke materien som astronomene hadde observert.

Det er mildt sagt veldig oppmuntrende at den automatisk tar opp dette andre kosmologiske problemet. Og det fantastiske som har skjedd de siste tiårene - men spesielt nå i en akselererende hastighet - er at det er mulig å designe eksperimenter som vil oppdage dem hvis de er der ute.

Eksperimentene er svært vanskelige. Det er som problemet med å oppdage nøytrinoer, men vanskeligere - kanskje når vi først har lært de riktige triksene, vil det ikke virke så vanskelig lenger. Men disse eksperimentene blir satt i gang. Vi vil vite mye mer om fem til ti år.

STROGATZ: Jeg liker at du skal avslutte showet vårt her med den omtalen av fem til ti år, fordi jeg ønsker å konkludere på en slags forhåpentligvis gripende eller emosjonell tone at mye av arbeidet du er spesielt kjent for, har du en Nobelpris for, var i begynnelsen av din karriere. Ville det ikke vært en herlig ting om disse aksionene om fem til 10 år blir målt og funnet å være helt riktige.

WILCZEK: Det ville gjøre dagen min. Jeg håper det ikke ville være slutten på karrieren min, men det ville definitivt gjøre dagen min.

STROGATZ: Vel, jeg er veldig glad for å ha vært i stand til å snakke med deg igjen, Frank. Så vi har snakket med den teoretiske fysikeren Frank Wilczek om mysteriet og tidens skjønnhet. Frank, tusen takk for at du var med oss ​​i dag.

WILCZEK: Takk skal du ha. Det er en ære og et privilegium, som de sier.

[Temaspill]

STROGATZ: Takk for at du lyttet. Hvis du liker «The Joy of Why» og du ikke allerede abonnerer, trykker du på abonner eller følg-knappen der du lytter. Du kan også legge igjen en anmeldelse av showet. Det hjelper folk å finne denne podcasten.

«The Joy of Why» er en podcast fra Quanta Magazine, en redaksjonelt uavhengig publikasjon støttet av Simons Foundation. Finansieringsbeslutninger fra Simons Foundation har ingen innflytelse på valg av emner, gjester eller andre redaksjonelle beslutninger i denne podcasten eller i Quanta Magazine.

«The Joy of Why» er produsert av PRX Productions. Produksjonsteamet er Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler og Merritt Jacob. Den utøvende produsenten av PRX Productions er Jocelyn Gonzales. Morgan Church og Edwin Ochoa ga ytterligere hjelp.

Fra Quanta Magazine, John Rennie og Thomas Lin ga redaksjonell veiledning, med støtte fra Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana og Madison Goldberg.

Temamusikken vår er fra APM Music. Julian Lin kom opp med podcastnavnet. Episoden er av Peter Greenwood og logoen vår er av Jaki King og Kristina Armitage. Spesiell takk til Columbia Journalism School og Bert Odom-Reed ved Cornell Broadcast Studios.

Jeg er verten din, Steve Strogatz. Hvis du har spørsmål eller kommentarer til oss, vennligst send oss ​​en e-post på [e-postbeskyttet]. Takk for at du lyttet.