Гравитация может быть матерью времени: это меняет наше представление о Вселенной

Время имеет ось, и оно всегда движется только в одном направлении. И все же, большинство законов физики, похоже, вообще не заботятся о направлении времени. Уравнения, которые управляют всем, от субатомных частиц до орбит планет, не могут различить прямое и обратное движение во времени. Так откуда же берется ось времени? Некоторые физики считают, что она берет свое начало в самой силе гравитации. Но чтобы достичь этого, нужно пересмотреть общую теорию относительности Эйнштейна. Новая идея называется динамика формы, и она может стать будущей теорией гравитации, пишет Popular Mechanics.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

На протяжении более 100 лет большинство физиков считали, что ключ к оси времени лежит в концепции энтропии, которая является мерой беспорядка системы. Второй закон термодинамики гласит, что в закрытых системах энтропия всегда возрастает, что означает, что системы всегда переходят от упорядоченного к беспорядочному состоянию.

Но чтобы энтропия создала ось времени, Вселенная должна была начаться в высокоупорядоченном состоянии с очень низкой энтропией. Многие физики отвергают эту идею, ведь она не согласуется с теорией Большого взрыва, которая предполагает беспорядочное и хаотичное рождение Вселенной.

Время может возникать из гравитации

В 2014 году физик Джулиан Барбур и его коллеги предложили интригующее решение этого парадокса: гравитацию. Но это не гравитация, какой мы ее знаем по общей теории относительности, которая гласит, что пространство и время искривляются под влиянием материи и энергии. Вместо этого физики изменили знаменитые уравнения Эйнштейна, используя теорию гравитации под названием динамика формы. Эта теория фокусируется на отношениях между объектами, а не на ткани пространства и времени, в которой они находятся. Используя эту структуру, физики обнаружили, что если взять случайный набор частиц и позволить им взаимодействовать с помощью их взаимной гравитации, то естественным образом возникает ось времени.

По мере взаимодействия частиц они создают более сложные структуры с возрастающей энтропией, но не раньше, чем проходят через период высокоупорядоченной структуры с низкой энтропией, как показали эксперименты. Но модель ученых была очень упрощенной. В ней Вселенная представляет собой не более чем набор частиц, которые взаимодействуют только с помощью гравитации. В реальности же разные частицы взаимодействуют с помощью не только гравитации, но еще трех известных сил природы.

Поиск доказательств необычной теории

На протяжении 10 лет идея физиков повергалась, как критике, так и получила поддержку. Физики в основном признают, что наше нынешнее понимание течения времени и его связи с энтропией, вероятно, неполное, но потребуется много работы, чтобы доказать предложенную в 2014 году идею.

Сейчас ученые считают, что изначально нужно проверить, является ли динамика формы допустимой теорией физики. То есть нужно убедится, что она соответствует наблюдениям за реальной Вселенной. Хотя динамика формы в основном согласуется с общей теорией относительности, у нее есть некоторые важные отличия. Пока не совсем ясно, делают ли эти различия недействительными теорию динамики формы, но работа в этом направлении продолжается.

Также физикам нужно выяснить, можно ли расширить эту гипотезу, включив в нее более реалистичный портрет Вселенной. Недавно физики обнаружили, что ту же концепцию, которая лежит в основе теории динамики формы, что физические взаимодействия естественным образом приводят к появлению оси времени без обращения к энтропии, можно применить к субатомным системам.

Но до сих пор никто не смог использовать динамику формы для построения полностью реалистичного портрета эволюции Вселенной на том же уровне детализации, на котором мы понимаем космос с помощью общей теории относительности Эйнштейна.

Тем не менее, это захватывающая идея: мы ощущаем течение времени, потому что это естественный результат основных законов физики. И это делает идею динамики формы достойной дальнейшего изучения.

Как уже писал Фокус, физики считают, что общую теорию относительности Эйнштейна нужно немного изменить, ведь, как показывает новое исследование, черные дыры могут существовать без сингулярности и могут создаваться с помощью силы гравитации без экзотической материи.