Гравітація може бути матір'ю часу: це змінює наше уявлення про Всесвіт

Час має вісь, і він завжди рухається тільки в одному напрямку. І все ж, більшість законів фізики, схоже, взагалі не дбають про напрямок часу. Рівняння, які керують усім, від субатомних частинок до орбіт планет, не можуть розрізнити прямий і зворотний рух у часі. То звідки ж береться вісь часу? Деякі фізики вважають, що вона бере свій початок у самій силі гравітації. Але щоб досягти цього, потрібно переглянути загальну теорію відносності Ейнштейна. Нова ідея називається динаміка форми, і вона може стати майбутньою теорією гравітації, пише Popular Mechanics.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Протягом понад 100 років більшість фізиків вважали, що ключ до осі часу лежить у концепції ентропії, яка є мірою безладу системи. Другий закон термодинаміки говорить, що в закритих системах ентропія завжди зростає, що означає, що системи завжди переходять від упорядкованого до безладного стану.

Але щоб ентропія створила вісь часу, Всесвіт мав розпочатися у високоупорядкованому стані з дуже низькою ентропією. Багато фізиків відкидають цю ідею, адже вона не узгоджується з теорією Великого вибуху, яка передбачає безладне і хаотичне народження Всесвіту.

Час може виникати з гравітації

У 2014 році фізик Джуліан Барбур і його колеги запропонували інтригуюче рішення цього парадокса: гравітацію. Але це не гравітація, якою ми її знаємо за загальною теорією відносності, яка свідчить, що простір і час викривляються під впливом матерії та енергії. Замість цього фізики змінили знамениті рівняння Ейнштейна, використовуючи теорію гравітації під назвою динаміка форми. Ця теорія фокусується на відносинах між об'єктами, а не на тканині простору і часу, в якій вони перебувають. Використовуючи цю структуру, фізики виявили, що якщо взяти випадковий набір частинок і дозволити їм взаємодіяти за допомогою їхньої взаємної гравітації, то природним чином виникає вісь часу.

У міру взаємодії частинок вони створюють складніші структури зі зростаючою ентропією, але не раніше, ніж проходять через період високовпорядкованої структури з низькою ентропією, як показали експерименти. Але модель учених була дуже спрощеною. У ній Всесвіт являє собою не більше ніж набір частинок, які взаємодіють тільки за допомогою гравітації. У реальності ж різні частинки взаємодіють за допомогою не тільки гравітації, але ще трьох відомих сил природи.

Пошук доказів незвичайної теорії

Протягом 10 років ідея фізиків зазнавала як критики, так і отримала підтримку. Фізики здебільшого визнають, що наше нинішнє розуміння плину часу і його зв'язку з ентропією, імовірно, неповне, але знадобиться багато роботи, щоб довести запропоновану у 2014 році ідею.

Зараз учені вважають, що спочатку потрібно перевірити, чи є динаміка форми допустимою теорією фізики. Тобто потрібно переконатися, що вона відповідає спостереженням за реальним Всесвітом. Хоча динаміка форми в основному узгоджується із загальною теорією відносності, у неї є деякі важливі відмінності. Поки не зовсім зрозуміло, чи роблять ці відмінності недійсними теорію динаміки форми, але робота в цьому напрямку триває.

Також фізикам потрібно з'ясувати, чи можна розширити цю гіпотезу, включивши в неї більш реалістичний портрет Всесвіту. Нещодавно фізики виявили, що ту саму концепцію, яка лежить в основі теорії динаміки форми, що фізичні взаємодії природним чином призводять до появи осі часу без звернення до ентропії, можна застосувати до субатомних систем.

Але досі ніхто не зміг використати динаміку форми для побудови повністю реалістичного портрета еволюції Всесвіту на тому ж рівні деталізації, на якому ми розуміємо космос за допомогою загальної теорії відносності Ейнштейна.

Проте це захоплива ідея: ми відчуваємо плин часу, тому що це природний результат основних законів фізики. І це робить ідею динаміки форми гідною подальшого вивчення.

Як уже писав Фокус, фізики вважають, що загальну теорію відносності Ейнштейна потрібно трохи змінити, адже, як показує нове дослідження, чорні діри можуть існувати без сингулярності і можуть створюватися за допомогою сили гравітації без екзотичної матерії.