Time one or many things?

When we think of time we think of it as just one thing, the ticking of the clock. But time has a number of properties and not all of them vary together, nor are all of the properties of time necessarily continuously present. Some properties can be at zero, null, indeterminate or absent altogether.

Let’s start with an example of a property that has actually been dropped from the concept of time, that of ‘Cyclic Time’. Jump back even a few hundred years and this would not only have been considered a natural property of time but an essential or even fundamental property. Everything in the ancient observable world is cyclic.

Indeed, ‘Simple Harmonic Motion’ is still one of the cornerstones of physics and SHM is seen throughout the physical world. SHM can not exist independently of time, but time can exist without SHM as far as we can tell.

If we can drop SHM from time simply because time can exist without it then what of the other properties that time can live without, at least under some conditions?

At the quantum scale when considering single quantum events we note that there are no components of entropy present. The test for the absence of this property is a hypothetical video of a single interaction or an animation based on the data: could we or anyone else tell if the video clip was being played forward or backward? If not then the entropy property is absent. But what of a spatial extension that contains nothing above the quantum scale? Time is still present in the form of spacetime ~ space isn’t completely flat anywhere so the bit of curvature present needs the temporal dimension to describe it. But there is no entropy. Even the virtual particle, the quantum noise, can proceed in either direction.

So there we have two examples of where entropy, and therefore the arrow of time and even the time line are not present. As with cyclic time, each of those concepts can not exist independently of time, that is, entropy can not proceed independently of time.

The interval is another example, as is change and relative time. So what property of time is essential? There must be at least one property of time present for time to be said to be present, but it doesn’t matter which one. A photon can flit across the universe without accumulating an interval of any duration at all, so change can occur without a local interval.

In our usual experience, all the properties of time, including the cyclic component, are present and so it is an effort to imagine time without even one of the properties. As we probe into the physical world, some properties can be dropped or minimised but no property is always present in all conditions, the closest would be relative time as the observer’s clock ticks on regardless of any philosophical musings and so is readily compared to all other clocks in real and hypothetical conditions.

String Theory assumes we live in a Universe with at least 10 dimensions!

The first dimension  is length, a good description of a one-dimensional object is a straight line.

Second dimension, the y-axis (or height), and you get an object that becomes a 2-dimensional shape (like a square).

The third dimension involves depth (the z-axis), and gives all objects a sense of area and a cross-section. The perfect example of this is a cube.

Fourth dimension, Scientists believe that the fourth dimension is time, which governs the properties of all known matter at any given point.

Fifth dimension, we would see a world slightly different from our own that would give us a means of measuring the similarity and differences between our world and other possible ones.

In the sixth, we would see a plane of possible worlds, where we could compare and position all the possible universes that start with the same initial conditions as this one (i.e. the Big Bang). 

In the seventh dimension, you have access to the possible worlds that start with different initial conditions. Whereas in the fifth and sixth, the initial conditions were the same and subsequent actions were different, here, everything is different from the very beginning of time. 

The eighth dimension again gives us a plane of such possible universe histories, each of which begins with different initial conditions and branches out infinitely (hence why they are called infinities).

In the ninth dimension, we can compare all the possible universe histories, starting with all the different possible laws of physics and initial conditions. 

In the tenth and final dimension, we arrive at the point in which everything possible and imaginable is covered. Beyond this, nothing can be imagined by us lowly mortals, which makes it the natural limitation of what we can conceive in terms of dimensions.

പ്രപഞ്ചത്തില്‍ രൂപപ്പെട്ട ആദ്യ തന്മാത്രയെ കണ്ടെത്തി.

ബിഗ്ബാങിനു ശേഷമാണ് നാം ഇന്നു കാണുന്ന പ്രപഞ്ചം ഉണ്ടായതെന്നാണ് ഇതുവരെയുള്ള തെളിവുകള്‍ സംസാരിക്കുന്നത്. 1350കോടി വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുന്‍പ് ബിഗ്ബാങ് സംഭവിച്ചപ്പോള്‍ ഹൈഡ്രജനും പിന്നെ ഹീലിയവും മാത്രമായിരുന്നു പ്രപഞ്ചം നിറയെ. ഇതിനെത്തുടര്‍ന്ന് ഹെഡ്രജനും ഹീലിയവും കൂടിച്ചേര്‍ന്ന് പ്രപഞ്ചത്തിലെ ആദ്യ തന്മാത്രയായ ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡ് രൂപപ്പെട്ടു എന്നാണ് കരുതുന്നത്. ഹീലിയം ഹെഡ്രൈഡും ഹൈഡ്രജനും ചേര്‍ന്നാണത്രേ ഹൈഡ്രജന്‍ തന്മാത്രപോലും രൂപപ്പെട്ടത്.

സംഗതി ഇങ്ങനെയാണെങ്കിലും ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡ് എന്ന ആദ്യ തന്മാത്രയെ പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഒരിടത്തും കണ്ടെത്താന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്ക് ഇതുവരെ കഴിഞ്ഞിരുന്നില്ല. പ്രപഞ്ചത്തില്‍ നിരവധി ഇടങ്ങളില്‍ ടെലിസ്കോപ്പുകളും സ്പെക്ട്രോമീറ്ററുകളും കൊണ്ട് നമുക്ക് കഴിയുന്നപോലെ പരതിയെങ്കിലും ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡിന്റെ പൊടിപോലും കണ്ടെത്താനായില്ല.

സിഗ്നസ് എന്ന നക്ഷത്രരാശിയില്‍ 3000 പ്രകാശവര്‍ഷങ്ങള്‍ അകലെ ഒരു പ്ലാനറ്ററി നെബുലയുണ്ട്. NGC 7027 എന്നാണ് ഇതിനെ വിളിക്കുന്നത്. (സൂര്യനെപ്പോലെയുള്ള നക്ഷത്രങ്ങളുടെ അവസാനകാലത്ത് അതിന്റെ പുറംപാളികള്‍ അകലേക്ക് തെറിച്ചുപോയി ഉണ്ടാകുന്ന വാതകക്കൂട്ടമാണ് പ്ലാനറ്ററി നെബുലകള്‍. )
ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡ് ഉണ്ടാകാന്‍ എല്ലാ അനുകൂല സാഹചര്യവും ഉള്ള നെബുലയാണ് NGC7027 എന്ന് നേരത്തേ തന്നെ കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. എന്നാല്‍ ഇത് ഉറപ്പിക്കാനാവശ്യമായ നിരീക്ഷണങ്ങള്‍ നടത്താന്‍ അനുയോജ്യമായ ഉപകരണങ്ങള്‍ നമുക്ക് ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. ഭൂമിയില്‍ സ്ഥാപിച്ച ടെലിസ്കോപ്പുകള്‍ക്ക് അന്തരീക്ഷം ഒരു പ്രശ്നമായിരുന്നു. ബഹിരാകാശത്തെ ടെലിസ്കോപ്പുകള്‍ക്കാവട്ടെ ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡിനെ തിരിച്ചറിയാനുള്ള സംവിധാനവും ഉണ്ടായിരുന്നില്ല.

അവിടെയാണ് സോഫിയ എന്ന പറക്കുംടെലിസ്കോപ്പ് രക്ഷയ്ക്കെത്തിയത്.  NGC7027  നെബുലയില്‍ സോഫിയ ടെലിസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു നടത്തിയ നിരീക്ഷണങ്ങള്‍ ഹീലിയം ഹൈഡ്രേക്സൈഡ് തന്മാത്രയുടെ സാന്നിദ്ധ്യം ആദ്യമായി കണ്ടെത്തിയിരിക്കുകയാണ്. ബിഗ്ബാങിന് ഒരു ലക്ഷം വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കുശേഷം പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ആദ്യമായി ഉണ്ടായി എന്നു കരുതപ്പെടുന്ന അതേ തന്മാത്ര കോടിക്കണക്കിനു വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കിപ്പുറം നമ്മള്‍ കണ്ടെത്തിയിരിക്കുന്നു എന്നു പറയാം.

ഒരു വിമാനത്തില്‍ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ടെലിസ്കോപ്പാണ് സോഫിയ. ഭൂമിയുടെ ഉയര്‍ന്ന പാളികളിലൂടെ സഞ്ചരിച്ച് പ്രപഞ്ചനിരീക്ഷണം നടത്തുകയാണ് സോഫിയയുടെ ജോലി. ശരിക്കും ഒരു പറക്കും ടെലിസ്കോപ്പ്. ഓരോ പറക്കലിനുശേഷവും താഴെയിറങ്ങും എന്നതിനാല്‍ ടെലിസ്കോപ്പിനെ നിരന്തരം പരിഷ്കരിക്കാന്‍ സോഫിയ അവസരമൊരുക്കുന്നുണ്ട്. അങ്ങനെ അവസാനം കൂട്ടിച്ചേര്‍ത്ത സംവിധാനമാണ് പ്രപഞ്ചത്തിലെ ആദ്യ തന്മാത്രയെ കണ്ടെത്താന്‍ ഇപ്പോള്‍ സഹായിച്ചിരിക്കുന്നത്.

ഈ തന്മാത്രയെ കണ്ടെത്താന്‍ കഴിയാത്തത് ശാസ്ത്രജ്ഞരെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം കുഴഞ്ഞുമറിഞ്ഞ ഒരു പ്രശ്നമായിരുന്നു. അത്ര എളുപ്പമല്ല ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡ് രൂപപ്പെടല്‍. ഒരു മൂലകത്തോടും കൂടിച്ചേരാന്‍ ഇഷ്ടമില്ലാതെ സ്വതന്ത്രമായി നില്‍ക്കുന്ന ഒരു മൂലകമാണ് ഹീലിയം. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡ് രൂപപ്പെടലും ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. 1925വരെ കാത്തിരിക്കേണ്ടി വന്നു ആദ്യമായി  ഈ തന്മാത്രയെ പരീക്ഷണശാലയില്‍പോലും നിര്‍മ്മിക്കാന്‍.
NGC7027 നെബുലയിലാകട്ടേ അള്‍ട്രാവൈലറ്റ് സാന്നിദ്ധ്യവും ആവശ്യത്തിനുള്ള ചൂടും ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡ് രൂപപ്പെടാന്‍ അനുയോജ്യമായ സാഹചര്യം ഒരുക്കിയിരുന്നു.  ഇതേ അവസ്ഥയുള്ള മറ്റ് നെബുലകളില്‍ ഹീലിയം ഹൈഡ്രൈഡിനെ അന്വേഷിക്കാന്‍ ഇപ്പോഴത്തെ കണ്ടെത്തല്‍ വഴിവയ്ക്കും എന്നു കരുതാം.