|
Время вокруг нас может течь в обратном направлении
|
|
|
|
Течение времени не подлежит обсуждению. Его течение отражает прогресс нашей жизни, двигаясь явно в одном направлении. По своей природе оно асимметрично. Таким образом, мы воспринимаем его как стремительное движение вперед, без возможности повернуть вспять. Но то, что время неизбежно, не означает, что мы полностью понимаем его.
|
|
|
|
Физики, например, до сих пор задаются вопросом, почему — или, возможно, действительно ли — стрела времени движется в одном направлении. В классической физике уравнения работают без учета направленности времени или его предпочтений двигаться в будущее или прошлое. Один из способов понять это математическое пренебрежение к направленности - посмотреть видео с качающимся маятником. Независимо от того, воспроизводится ли видео в прямом или обратном направлении, движение маятника остается неизменным, а направленность времени неотличима. И все же время, как мы его ощущаем, явно движется в одном направлении. Итак, исследователи продолжают искать причину, по которой время ведет себя асимметрично.
|
|
|
|
В течение более чем двух лет группа физиков из Англии занималась теоретическими исследованиями этого вопроса, стремясь математически вывести стрелу времени в открытых квантовых системах. В статье, опубликованной в январе в журнале Scientific Reports, они представили результаты, которые указывают на то, что в этих системах существуют две стрелы времени, движущиеся в противоположных направлениях. Это открытие может побудить ученых пересмотреть то, как стрела времени влияет на термодинамику, квантовую механику и даже на сотворение Вселенной.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы понять, как работает время на субатомном уровне, команда сосредоточилась на открытой квантовой системе, на которую влияет ее окружение, в отличие от закрытой квантовой системы, которая изолирована от окружающей среды и внешнего влияния. В изоляции закрытая система остается неизменной, поскольку ничто не может затронуть или изменить ее, защищенную от разрушительного воздействия времени. Но когда открытая система взаимодействует со своим окружением, она со временем меняется.
|
|
|
|
На субатомном уровне, где действует квантовая механика, мы не всегда можем увидеть очевидные изменения, указывающие на течение времени.
|
|
|
|
По мнению команды, открытые квантовые системы предпочтительнее, поскольку они допускают изменения с течением времени — например, рассеивание энергии в окружающей среде, также известное как энтропия. Это важно для модели исследователей, поскольку служит показателем течения времени; когда вы видите, как энергия рассеивается из системы в окружающую среду, вы можете сделать вывод о направлении течения времени. Это рассеивание также необратимо: если вы разольете молоко по стаканам, оно не сможет перелиться обратно в стакан.
|
|
|
|
“С точки зрения микроскопа, если подумать о стреле времени, мы, по сути, полагаемся на посредников”, - говорит старший автор статьи Андреа Рокко, доктор философии, доцент кафедры физики и математической биологии в Университете Суррея. На субатомном уровне, где работает квантовая механика, мы не всегда можем увидеть очевидные изменения, указывающие на течение времени. Вместо этого нам нужно обратить внимание на другие показатели, такие как энтропия.
|
|
|
|
По словам Рокко, команда ожидала увидеть в своем уравнении только одну стрелу времени. Как правило, эти уравнения, описывающие рассеяние, выглядят по-разному, независимо от того, движется ли их траектория назад или вперед. В то время как движение маятника вперед или назад выглядит одинаково, движение падающего стакана с молоком - нет; рассеяние, связанное с пролитым молоком, нарушает симметрию. Это предположение подтверждает асимметрию стрелы времени. Но с помощью открытой квантовой системы, по словам Рокко, они получили “слегка измененные уравнения”, которые выявили спонтанно возникающие две стрелы времени.
|
|
|
|
Важно отметить, что Рокко и его команда обнаружили, что энтропия, описываемая вторым законом термодинамики, сохраняется в их модели. Этот закон гласит, что энтропия, или тенденция к неупорядоченному состоянию, увеличивается со временем внутри системы. В обоих направлениях этих двух стрел времени системы по-прежнему стремятся к беспорядку, поскольку энергия рассеивается в окружающей среде. Стрелка, однажды запущенная, не может изменить направление, возвращая молоко в пресловутый стакан. Скорее, энтропия прогрессирует независимо от того, летит ли стрела времени в прошлое или в будущее.
|
|
|
|
“Вы по-прежнему будете видеть, как молоко проливается на стол, но ваши часы будут идти в обратном направлении”, - говорит Рокко. Таким образом, энтропия по-прежнему увеличивается, но она увеличивается в направлении прошлого, а не будущего. Молоко не течет обратно в стакан, что запрещено вторым законом термодинамики, но оно вытекает из стакана в направлении прошлого. Независимо от того, направлена ли стрела времени в будущее или в прошлое в данный момент, энтропия все равно будет рассеиваться в данном направлении, создавая то, что Рокко называет “двойной энтропией”.
|
|
|
|
Эта двойная энтропия демонстрирует симметричную природу времени в открытых квантовых системах. С определенного момента стрела времени могла бы полететь в противоположном направлении. “Физика на самом деле говорит нам, что противоположное направление могло бы быть одинаково возможным”, - говорит Рокко.
|
|
|
|
Но не обольщайтесь: в этой теоретической статье не рассматриваются такие понятия, как путешествия во времени.
|
|
|
|
“Это не имеет абсолютно никакого отношения к путешествиям во времени или созданию машины времени”, - говорит Рокко. Скорее, эта теоретическая модель математически показывает, что “две траектории одинаково возможны: одна движется вперед, а другая - назад с этого момента”. Однако, как только стрелка выбирает заданное направление, знакомая нам динамика, подобная энтропии, возобновляется, и стрелка застревает, двигаясь в этом направлении.
|
|
|
|
Это означает, что результаты работы команды могут поставить под сомнение наше представление о стреле времени в термодинамике, космологии и квантовой механике. Например, Рокко упоминает, что некоторые люди предполагают, что во время Большого взрыва возникли две вселенные, движущиеся в противоположных направлениях во времени. Результаты его команды, конечно, не подтверждают это предположение, но разработанная ими теоретическая основа может помочь нам пересмотреть наши представления о функции времени во Вселенной.
|
|
|
|
Хотя Рокко “понятия не имеет” о возможных технологических применениях, он говорит, что ему интересно понять механизм, который показывает, как стрелка движется в том или ином направлении. Он сравнивает это с сетью дорог в городе. “Вы видите дороги, но все равно не знаете, как будет развиваться дорожное движение”, - говорит он.
|
|
|
|
Тем не менее, Рокко понимает, что открытие его команды “затрагивает очень глубокие концептуальные вопросы нашего понимания реальности”. В этой статье не только показаны две стрелы времени, возникающие в один момент, но и представлены ясность и сложность. Его результаты показывают новый способ понимания времени, но в то же время усложняют его.
|
|
|
|
Источник
|
