Квантовий експеримент руйнує межу між минулим і майбутнім

Як би ми не намагалися, ми не можемо згадати завтрашній день. І фізики не знають чому. Сподіваючись віднайти джерело річки часу, фізики Томас Гафф, Чінталпаті Умашанкар Шастрі та Андреа Рокко з Університету Суррея шукали його сліди в еквіваленті гарячої квантової ванни під нескінченним простором вічності. Очікувано, вони не знайшли того, що шукали. Натомість вони підтвердили, що час у квантовій механіці тече назад так само легко, як і вперед. Проте отримані уроки можуть одного дня пояснити, чому фізика наполягає на існуванні історії.

Якщо говорити науковою мовою, фізика здебільшого симетрична щодо часу. Ми ніколи не бачимо, щоб яйце самостійно «склеювалося» або щоб дуб перетворювався назад на жолудь, але коли більшість процесів зводяться до своїх фундаментальних законів, немає жодного правила, яке б наказувало, яка частина рівняння має бути прив’язана до минулого, а яка — до майбутнього.

Чому ми не пам’ятаємо майбутнє?

Космологи шукають підказки в тому, як Всесвіт розширюється від стану низької ентропії до високої. Квантові фізики припускають, що певну роль може відігравати всеохоплююче квантове заплутування частинок із навколишнім середовищем. Але досі не знайдено жодного чіткого пояснення того, чому час поводиться так послідовно.

Гафф, Шастрі та Рокко припустили, що квантові рівняння руху можуть приховувати механізм, який унеможливлює повернення до попереднього стану, діючи як своєрідна «храповикова» система, що не дає фізичним законам ковзати назад.

Вони використали математичну модель, відому як Марковський ланцюг, щоб описати спрощену модель нагрітих частинок, що хаотично рухаються в відкритій системі. У такій системі майбутній стан залежить лише від поточного, що могло б означати як незворотний рух вперед у часі, так і можливість осциляції між минулим і майбутнім. Але в рівняннях, які описували їхню «квантову ванну», вчені не знайшли жодного свідчення, що симетрія часу порушується. Це означає, що квантова система не має переваги ані для минулого, ані для майбутнього.

Чи рухається час у двох напрямках?

«Наші результати свідчать про те, що, хоча наш повсякденний досвід говорить нам, що час рухається лише вперед, насправді ми просто не усвідомлюємо, що протилежний напрям був би так само можливим», — пояснює Рокко. Але якщо на квантовому рівні час може тремтіти вперед-назад, на рівні макрофізики ми цього не помічаємо. Наприклад, гаряча вода у ванні під зоряним небом неминуче охолоне, оскільки енергія розсіюється у розширюваний Всесвіт.

Вчені наголошують, що їхні результати не суперечать законам термодинаміки. Деякі фізичні закони дійсно незворотні. Але навіть якби стрілку часу можна було перевернути на квантовому рівні, ми все одно спостерігали б стабільне охолодження, що вказує на те, що з погляду термодинаміки обидва напрямки часу рівноправні.

Якщо це так, наш досвід однобічного руху часу може врівноважуватися «другим шляхом» на іншій стороні Великого вибуху. Це припущення означає, що час у Всесвіті може мати двонаправлений потік, який розширюється разом із космосом, так само легко запам’ятовуючи майбутнє, як і минуле. Дослідження було опубліковане в журналі Scientific Reports.