Физики из Университета Суррея показали, что в открытых квантовых системах время может течь не только из прошлого в будущее, но и из будущего в прошлое. Машину времени на таких основаниях построить не удастся, но глубже понять природу времени ученым удалось.
На протяжении столетий ученые ломали голову над стрелой времени — идеей о том, что время необратимо течет из прошлого в будущее.
Хотя это кажется очевидным в нашей ощущаемой реальности, основные законы физики по своей сути симметричны относительно направления времени. Движется ли время вперед или назад, уравнения остаются теми же.
Физики из Университета Суррея показали, что в открытых квантовых системах время может течь не только из прошлого в будущее, но и из будущего в прошлое.
Доктор Андреа Рокко, доцент кафедры физики и математической биологии в Университете Суррея и ведущий автор исследования, говорит: «Когда вы смотрите на процесс, например, на разлитое по столу молоко, 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 здесь не так — было бы трудно поверить, что молоко может собраться обратно в стакан.
Физик объясняет: «Однако есть процессы, такие как движение маятника, которые выглядят так же правдоподобно в обратном порядке. Загадка в том, что на самом фундаментальном уровне законы физики напоминают маятник; они не учитывают необратимые процессы. Наши результаты показывают, что, хотя наш общий опыт говорит нам, что время движется только в одном направлении, мы просто не осознаем, что противоположное направление было бы столь же возможно».
Маятник. Физики пришли к выводу, что на квантовом уровне системы представляют собой подобие маятника и могут двигаться во времени вперед и назад.
В работе, опубликованной в журнале Scientific Reports, физики изучали, как квантовая система — мир субатомных частиц — взаимодействует со своей средой, такая система называется «открытой».
Открытая квантовая система и стрела времени
Чтобы упростить задачу, команда сделала два ключевых предположения. Во-первых, они рассматривали квантовую систему, которая обменивается энергией со средой (поэтому система «открытая»), но сосредоточились только на самой квантовой системе. Во-вторых, они предположили, что среда — как и вся вселенная — настолько велика, что энергия и информация рассеиваются в ней, никогда не возвращаясь.
Даже после применения этих предположений система вела себя одинаково, движется ли время вперед или назад. Это открытие дало математическое обоснование идее о том, что симметрия обращения времени все еще сохраняется в открытых квантовых системах, предполагая, что стрела времени может быть не такой фиксированной, как мы ее воспринимаем.
Схема, демонстрирующая концепцию обращения времени. Система и окружающая среда движутся назад во времени.
Соавтор работы Томас Гафф говорит: «Удивительной частью этого проекта было то, что даже после принятия стандартного упрощающего предположения к нашим уравнениям, описывающим открытые квантовые системы, уравнения по-прежнему вели себя одинаково, независимо от того, двигалась ли система вперед или назад во времени. Когда мы тщательно проработали математику, мы обнаружили, что такое поведение должно было иметь место, потому что ключевая часть уравнения, «ядро памяти», симметрична во времени».
Это очень глубокий результат. Обычно, когда обосновывают движение времени только из прошлого в будущее, ссылаются на второй закон термодинамики (энтропия замкнутой системы никогда не убывает, и поэтому пролитое молоко никогда спонтанно не собирается обратно в стакан). Но как показывает эта работа, даже если учесть рассеяние, на квантовом уровне система остается симметричной, грубо говоря, квантовое молоко может собраться в квантовый стакан, если мы не введем дополнительных ограничений. Одного второго начала термодинамики — недостаточно.
Исследование предлагает новый взгляд на одну из самых больших загадок в физике. Понимание истинной природы времени может иметь глубокие последствия для квантовой механики, космологии и не только.
Читать далее →
Свежие комментарии