Учені вирішили столітню загадку фізики: чи можемо ми подорожувати в часі

Фізики з Хайнаньського університету, Китай, запропонували теорію, що пояснює одну з найстаріших загадок фізики: чому час рухається тільки вперед і чому подорож у минуле залишається неможливою? Нове дослідження вказує на неможливість подорожі в часі в минуле. Також воно пояснює, чому час взагалі має один напрямок, навіть незважаючи на те, що основні закони Всесвіту часто не надають перевагу минулому перед майбутнім, пише Interesting Engineering.

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

Нова теорія вирішує столітню загадку фізики

Фізики створили нову теорію, що пояснює на квантовому рівні, чому час рухається вперед, хоча закони фізики допускають рух часу назад. Це протиріччя понад 100 років спантеличувало вчених.

У повсякденному житті ми відчуваємо, що час іде тільки вперед. Це називається вісь часу, і вона описує односторонній рух із минулого в майбутнє. Але, коли фізики вивчають рівняння, що описують рух, від класичної фізики до квантової теорії, то виявляється, що ці рівняння працюють навіть у разі зворотного плину часу. Якщо закони фізики здебільшого симетричні щодо часу, чому ми сприймаємо час тільки як рух, спрямований в один бік?

Найпоширеніша відповідь дається з термодинаміки. У XIX столітті фізик Людвіг Больцман пов'язав вісь часу з ентропією, тобто мірою безладу. Фізик припустив, що час рухається вперед, бо ізольовані системи, як правило, еволюціонують від порядку до безладу, а не навпаки. Згідно з другим законом термодинаміки, ентропія в ізольованій системі має тенденцію збільшуватися з часом. Це пояснює, чому тане лід, чому гази поширюються і чому складні системи розпадаються.

Хоча ентропія пояснює багато необоротних процесів, вона не повністю розв'язує загадку одностороннього перебігу часу. Основні закони квантового, тобто мікроскопічного світу, як і раніше, допускають перебіг часу в обох напрямках, а сама ентропія спирається на припущення про початкові умови Всесвіту.

Для вирішення цього протиріччя на квантовому рівні багато теорій зосередилися на навколишньому середовищі. Коли квантова система взаємодіє із зовнішнім світом, тендітні квантові стани можуть колапсувати таким чином, що це незворотньо. Цей колапс використовувався для пояснення появи одностороннього напрямку часу.

Чому час іде тільки вперед?

Нова теорія заснована на тому, що відбувається всередині замкнутої квантової системи, куди ніщо не входить і звідки нічого не виходить. Фізики виявили, що щойно частинки починають взаємодіяти і зв'язуватися за допомогою квантових зв'язків, ці зв'язки не можуть бути розірвані, фактично фіксуючи рух часу вперед.

Замість того щоб покладатися винятково на ентропію або зовнішні спостереження, фізики стверджують, що напрямок часу може природним чином виникати з внутрішньої еволюції квантових систем. Тобто вісь часу може природним чином виникати з того, як квантові компоненти стають взаємопов'язаними. І цей процес закладено в самій структурі мікроскопічної фізики. У міру накопичення зв'язків еволюцію системи стає дедалі важче повернути назад, навіть якщо це теоретично допускається рівняннями.

У міру взаємодії квантових компонентів інформація про їхні попередні стани розсіюється і стає фактично недоступною. Це створює природне відчуття минулого і майбутнього, створюючи вісь часу. Подібно до того, як ентропія збільшується з часом у класичних системах, зв'язок завжди зростає у квантовому світі. Це зростання незворотне, що пропонує нове пояснення того, чому час рухається вперед.

Нова теорія не порушує теорії Ейнштейна

За словами фізиків, це відкриття пропонує єдине пояснення: зростаючі зв'язки не тільки вказують на напрямок часу в квантовому світі, а й допомагають пояснити, чому збільшується ентропія та інші явища в класичному світі.

Нова теорія не спростовує термодинаміку або теорії Ейнштейна. Замість цього вона доповнює їх. Ентропія, як і раніше, відіграє ключову роль у великих масштабах, тоді як теорія відносності продовжує описувати поведінку часу на високих швидкостях і в сильних гравітаційних полях.

Нова теорія додає глибше розуміння того, як напрямок часу може виникати з квантових процесів, не покладаючись виключно на вимірювання, спостереження або особливі початкові умови. Вона допомагає подолати розрив між законами квантової фізики та класичної фізики.

Учені кажуть, що їхнє дослідження є теоретичним, яке спирається на моделі ідеально ізольованої системи. Насправді жодна квантова система не ізольована повністю від навколишнього середовища. У майбутніх дослідженнях фізики хочуть перевірити цю ідеї в більш реалістичних умовах.

Фокус уже писав про те, чому величезне Сонце є карликовою зіркою, і чому воно не жовте, а біле. Наше Сонце величезне, принаймні, порівняно із Землею та іншими планетами Сонячної системи. Але ця зірка жовтий карлик.