Ученые решили столетнюю загадку физики: можем ли мы путешествовать во времени

Физики из Хайнаньского университета, Китай, предложили теорию, объясняющую одну из старейших загадок физики: почему время движется только вперед и почему путешествие в прошлое остается невозможным? Новое исследование указывает на невозможность путешествия во времени в прошлое. Также оно объясняет, почему время вообще имеет одно направление, даже несмотря на то, что основные законы Вселенной часто не отдают предпочтение прошлому перед будущим, пишет Interesting Engineering.

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

Новая теория решает столетнюю загадку физики

Физики создали новую теорию, объясняющую на квантовом уровне, почему время движется вперед, хотя законы физики допускают движение времени назад. Это противоречие более 100 лет озадачивало ученых.

В повседневной жизни мы ощущаем, что время идет только вперед. Это называется ось времени, и она описывает одностороннее движение из прошлого в будущее. Но, когда физики изучают уравнения, описывающие движение, от классической физики до квантовой теории, то оказывается, что эти уравнения работают даже при обратном течении времени. Если законы физики в основном симметричны относительно времени, почему мы воспринимаем время только как движение, направленное в одну сторону?

Наиболее распространенный ответ дается из термодинамики. В XIX веке физик Людвиг Больцман связал ось времени с энтропией, то есть мерой беспорядка. Физик предположил, что время движется вперед, потому что изолированные системы, как правило, эволюционируют от порядка к беспорядку, а не наоборот. Согласно второму закону термодинамики, энтропия в изолированной системе имеет тенденцию увеличиваться со временем. Это объясняет, почему тает лед, почему газы распространяются и почему сложные системы распадаются.

Хотя энтропия объясняет многие необратимые процессы, она не полностью решает загадку одностороннего течения времени. Основные законы квантового, то есть микроскопического мира по-прежнему допускают течение времени в обоих направлениях, а сама энтропия опирается на предположения о начальных условиях Вселенной.

Для разрешения этого противоречия на квантовом уровне многие теории сосредоточились на окружающей среде. Когда квантовая система взаимодействует с внешним миром, хрупкие квантовые состояния могут коллапсировать таким образом, что это необратимо. Этот коллапс использовался для объяснения появления одностороннего направления времени.

Почему время идет только вперед?

Новая теория основана на том, что происходит внутри замкнутой квантовой системы, куда ничто не входит и откуда ничего не выходит. Физики обнаружили, что как только частицы начинают взаимодействовать и связываться посредством квантовых связей, эти связи не могут быть разорваны, фактически фиксируя движение времени вперед.

Вместо того чтобы полагаться исключительно на энтропию или внешние наблюдения, физики утверждают, что направление времени может естественным образом возникать из внутренней эволюции квантовых систем. То есть ось времени может естественным образом возникать из того, как квантовые компоненты становятся взаимосвязанными. И этот процесс заложен в самой структуре микроскопической физики. По мере накопления связей эволюцию системы становится все труднее обратить вспять, даже если это теоретически допускается уравнениями.

По мере взаимодействия квантовых компонентов информация об их предыдущих состояниях рассеивается и становится фактически недоступной. Это создает естественное ощущение прошлого и будущего, создавая ось времени. Подобно тому, как энтропия увеличивается со временем в классических системах, связь всегда растет в квантовом мире. Этот рост необратим, что предлагает новое объяснение того, почему время движется вперед.

Новая теория не нарушает теории Эйнштейна

По словам физиков, это открытие предлагает единое объяснение: растущие связи не только указывают на направление времени в квантовом мире, но и помогают объяснить, почему увеличивается энтропия и другие явления в классическом мире.

Новая теория не опровергает термодинамику или теории Эйнштейна. Вместо этого она дополняет их. Энтропия по-прежнему играет ключевую роль в больших масштабах, в то время как теория относительности продолжает описывать поведение времени на высоких скоростях и в сильных гравитационных полях.

Новая теория добавляет более глубокое понимание того, как направление времени может возникать из квантовых процессов, не полагаясь исключительно на измерения, наблюдения или особые начальные условия. Она помогает преодолеть разрыв между законами квантовой физики и классической физики.

Ученые говорят, что их исследование является теоретическим, которое опирается на модели идеально изолированной системы. В действительности ни одна квантовая система не изолирована полностью от окружающей среды. В будущих исследованиях физики хотят проверить эту идеи в более реалистичных условиях.

Фокус уже писал о том, почему огромное Солнце является карликовой звездой, и почему она не желтая, а белая. Наше Солнце огромно, по крайней мере, по сравнению с Землей и другими планетами Солнечной системы. Но это звезда желтый карлик.