|
Существует две противоположные стрелы времени
|
|
|
|
Новое исследование предполагает, что в квантовых системах время может течь не только в одном направлении, что ставит под сомнение давние предположения о природе времени и термодинамике. В результате экстраординарного прорыва физики из Университета Суррея обнаружили доказательства того, что на квантовом уровне время не имеет единого прямого направления, а вместо этого может протекать в двух противоположных направлениях.
|
|
|
|
Это открытие, подробно описанное в новом исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, ставит под сомнение некоторые из самых фундаментальных предположений о природе времени в физике и может иметь серьезные последствия для нашего понимания Вселенной.
|
|
Две стрелы времени?
|
|
|
|
“Один из способов объяснить это заключается в том, что когда вы смотрите на процесс, подобный разливу молока по столу, становится ясно, что время движется вперед. Но если бы вы прокрутили это в обратном порядке, как в кино, вы бы сразу поняли, что что–то не так - было бы трудно поверить, что молоко может просто собраться обратно в стакане”, - говорит соавтор исследования и профессор физики и математической биологии в Университете Суррея, доктор Андреа Рокко, объяснил.
|
|
|
|
“Однако существуют процессы, такие как движение маятника, которые выглядят столь же правдоподобно в обратном направлении. Загадка в том, что на самом фундаментальном уровне законы физики напоминают маятник; они не учитывают необратимые процессы”, - добавил Рокко.
|
|
|
|
|
|
|
“Наши результаты показывают, что, хотя наш общий опыт подсказывает нам, что время движется только в одну сторону, мы просто не осознаем, что в равной степени возможно и обратное направление”.
|
|
|
|
Представление о том, что время неумолимо течет вперед, является неотъемлемой частью человеческого опыта. Мы помним прошлое, а не будущее. Мы можем быть свидетелями разрушения, но никогда - спонтанного восстановления.
|
|
|
|
Это кажущееся односторонним направление или “асимметрия” времени - это то, что физики называют “стрелой времени”. Однако фундаментальные законы физики, включая классическую и квантовую механику, не проводят различия между прошлым и будущим. Согласно этим законам, время может течь как в обратном направлении, так и в прямом, однако наша реальность настаивает на определенном направлении.
|
|
Все сводится к энтропии
|
|
|
|
Традиционно стрелу времени ассоциировали с энтропией, показателем беспорядка в системе. Согласно второму закону термодинамики, энтропия в изолированной системе всегда увеличивается, что делает этот процесс одним из немногих, которые действительно необратимы. Этот принцип уже давно используется для объяснения того, почему время течет в одном направлении.
|
|
|
|
Однако остается открытым вопрос: вытекает ли этот принцип из фундаментально симметричных во времени законов?
|
|
|
|
Исследование, проведенное доктором Томасом Гаффом, доктором Чинталпати Умашанкаром Шастри и доктором Андреа Рокко, было сосредоточено на открытых квантовых системах — квантовых объектах, взаимодействующих со своим окружением.
|
|
|
|
Эти взаимодействия обычно описываются с помощью уравнений, которые включают предположения о том, как течет время. Предыдущие подходы предполагали, что в квантовых системах нарушается симметрия обращения времени вспять, что приводит к появлению единственной стрелы времени.
|
|
|
|
Однако исследователи обнаружили, что при правильном и симметричном применении марковского приближения — широко используемого упрощения в квантовой механике — результирующая квантовая динамика не нарушает симметрии обращения времени. Вместо этого их результаты показывают, что квантовые системы могут эволюционировать в направлении равновесия как вперед, так и назад во времени.
|
|
|
|
Проще говоря, вместо одной доминирующей стрелы времени появляются две противоположные стрелы, каждая из которых направлена в сторону от центральной точки. Это означает, что если мы наблюдаем квантовую систему из того, что мы воспринимаем как “настоящее”, мы можем увидеть два расходящихся пути — один, где энтропия увеличивается в будущем, и другой, где энтропия увеличивается в прошлом.
|
|
|
|
“Удивительным в этом проекте было то, что даже после внесения стандартного упрощающего допущения в наши уравнения, описывающие открытые квантовые системы, уравнения по-прежнему вели себя одинаково независимо от того, двигалась ли система вперед или назад во времени”, - объяснил доктор Гафф. “После тщательной математической обработки мы обнаружили, что такое поведение должно было иметь место, потому что ключевая часть уравнения, ”ядро памяти", симметрична во времени".
|
|
Более широкие последствия
|
|
|
|
Это открытие может иметь далеко идущие последствия. Если в квантовых системах существуют две противоположные стрелы времени, физики должны пересмотреть определение времени в термодинамике.
|
|
|
|
Например, второй закон термодинамики, который определяет увеличение энтропии, может быть не абсолютным правилом, а следствием первоначального выбора направления времени.
|
|
|
|
В космологии полученные данные позволяют по-новому взглянуть на природу времени в момент Большого взрыва. Некоторые физики ранее высказывали предположение, что стрела времени могла возникнуть из высокоупорядоченного начального состояния Вселенной.
|
|
|
|
Новое исследование намекает на возможность того, что Большой взрыв мог привести к появлению двух противоположных стрел времени, а это означает, что могла существовать другая вселенная, отражающая нашу, но движущаяся в противоположном временном направлении.
|
|
|
|
Эти недавние открытия приближают нас к разгадке одной из самых больших загадок физики: почему время движется именно так, как оно движется. Они предполагают, что кажущаяся направленность времени может быть не неотъемлемым свойством Вселенной, а скорее особенностью, проявляющейся при определенных условиях.
|
|
|
|
Более того, это исследование может иметь экспериментальное значение. Если квантовые системы действительно демонстрируют двунаправленную эволюцию во времени, физики, возможно, смогут разработать эксперименты, которые позволят обнаружить признаки противоположных стрел времени.
|
|
|
|
Такие эксперименты могли бы революционизировать наше понимание роли времени в квантовой механике и привести к появлению новых квантовых технологий, которые используют эту временную симметрию.
|
|
|
|
Хотя это исследование может стать важным шагом на пути к разгадке истинной природы времени, многие вопросы все еще остаются нерешенными. Как эти две стрелки взаимодействуют в более сложных квантовых системах? Могут ли эти результаты преодолеть разрыв между квантовой механикой и теорией относительности? И возможно ли, что на самом фундаментальном уровне само время является лишь возникающим свойством, а не существенным измерением реальности?
|
|
|
|
В конечном счете, эти недавние открытия свидетельствуют о том, что природа времени может быть гораздо более сложной, чем мы когда-либо могли себе представить, и мы, возможно, только касаемся поверхности ее истинной сложности.
|
|
|
|
“Мы предполагаем, что эти результаты могут отразиться на космологической стреле времени”, - заключили исследователи. “Если это так, то это означало бы, что в результате Большого взрыва возникли две противоположные стрелы времени, что, в свою очередь, объясняет сохранение симметрии обращения времени вспять, несмотря на вытекающую из этого диссипативную природу Вселенной”.
|
|
|
|
“Нам посчастливилось бы жить в одном из них, где диссипация и увеличение энтропии являются обычным явлением, но мы не подозреваем о существовании другой альтернативной возможности”.
|
|
|
|
Источник
|
