На квантовом уровне время может двигаться как вперед, так и назад, а запрещающие это математические допущения во многих ситуациях применялись неверно — таковы выводы авторов исследования в Scientific Reports.
Некоторые квантовые системы могут иметь две оси времени: одна направлена вперед, как обычно, а другая — назад. Это означает, что на каких-то чрезвычайно малых масштабах время может двигаться в противоположные стороны — поразительная особенность, которая, возможно, упущена большей частью физики.
Если рассмотреть самые основные уравнения квантовой физики — те, что описывают отдельные частицы, — нет никаких причин, заставляющих время идти только вперед. Это значит, что фундаментальные квантовые законы обладают так называемой симметрией обращения времени. Однако для более крупных систем, таких как совокупности частиц, законы, которые физики используют для предсказания и объяснения их поведения, различают прошлое и настоящее.
«Вы переходите от ситуации, где симметрия обращения времени определенно есть, к конечному результату, где ее явно нет. Мне было очень интересно, на каком именно этапе [расчета] это происходит? Где пропадает симметрия?» — объясняет исследователь квантовой термодинамики Томас Гуфф из Университета Суррея в Англии.
В своей работе он и его коллеги показали, что симметрия может быть сохранена. Они проанализировали квантовые системы, которые могут свободно взаимодействовать с окружающей средой. Предыдущие расчеты предполагали, что в конечном итоге некоторое количество тепла необратимо «утекает» из таких систем в окружающую среду — и это можно использовать для обозначения точек «до» и «после» и оси времени, идущей от одного к другому.
Но все эти расчеты проводились исходя из предположения о существовании единственной оси времени, замечает биолог и физик Андреа Рокко, также из Университета Суррея.
«Если вы начнете с вопроса “что, если я обращу время”, то уравнения, описывающие движение вашей системы, будут немного отличаться от тех, что мы видим в стандартном учебнике», — говорит он.
Отказавшись от этого ограничения, команда вывела уравнения, допускающие две оси времени, направленные в противоположные стороны. Они верны для нескольких типов систем, таких как подверженные случайным флуктуирующим силам, и тех, что часто случайным образом меняют свои состояния, как, например, при броуновском движении частиц. Хотя исследователи еще не разработали строгого математического доказательства, они полагают, что возникновение противоположных осей времени может быть общим явлением.
По мнению профессора Гонсало Ордоньеза из Университета Батлера в Индиане, симметрия времени — одна из основных проблем физики.
«Уравнения, которые люди писали для необратимых [во времени] процессов, упускали один фактор. Как только они учитывают этот фактор, эти уравнения больше не различают будущее и прошлое», — прокомментировал он.
Исследование может иметь далеко идущие последствия с точки зрения космологии, предположил Ордоньез. Если рассматривать Вселенную как открытую систему — тогда вполне вероятно, что их две, каждая из которых после Большого взрыва эволюционирует в противоположном направлении времени.
Рокко, впрочем, предостерег от скоропалительных выводов: «Возможно, мы обнаружили нечто настолько фундаментальное, что оно будет проявляться снова и снова, но мы еще очень далеки от того, чтобы понимать это слишком глубоко».
Путешествия во времени возможны? Физик решил «парадокс убитого дедушки»