Ученые выяснили, возможны ли путешествия в прошлое

Час / © pexels.com

Китайские физики представили революционную модель, которая объясняет одностороннее движение временичерез процессы на квантовом уровне. Исследование доказывает, что даже при условии симметрии законов физики, накопление информационных корреляций делает возвращение в прошлое невозможным.

Об этом пишет Interesting Engineering.

Ученые из Китая выдвинули теорию, которая призвана объяснить, почему у течения времени есть только одно направление. Команда Хайнаньского университета на юге страны представила новую концептуальную модель, которая помогает по-новому взглянуть на эту фундаментальную проблему.

В то же время исследование не предполагает возможности путешествий в прошлое. Речь идет скорее об альтернативном толковании того, почему время вообще направлено, несмотря на то что базовые законы Вселенной часто не делают разницы между прошлым и будущим.

С момента, когда человек обрел способность к абстрактному мышлению, время остается одной из самых больших загадок природы. Мы способны вспоминать прошлые события, жить настоящим и строить ожидания относительно будущего, но никогда не наблюдаем движения времени в обратную сторону. Разбитое стекло не восстанавливается само по себе, люди не становятся моложе, а вчера невозможно прожить еще раз. В то же время многие фундаментальные физические законы не содержат прямого запрета на обратное течение времени. Именно это противоречие уже более ста лет не дает покоя ученым.

Энтропия объясняет многие необратимые процессы

В ежедневном опыте время ощущается как четко направленное. Это свойство часто описывают понятием «стрела времени» — термином, означающим одностороннее движение от прошлого к будущему. Однако анализируя уравнения, описывающие поведение фундаментальных частиц в классической механике, электромагнетизме или квантовой теории, физики нередко приходят к выводу, что они одинаково корректны как для движения вперед, так и назад во времени.

Отсюда и возникает логичный вопрос: если физические законы преимущественно симметричны относительно времени, почему наше восприятие реальности является таким однозначно одновекторным?

Традиционный ответ основывается на термодинамике. Еще в XIX веке физик Людвиг Больцман связал стрелу времени с энтропией — величиной, которую обычно трактуют как меру беспорядка. Второй закон термодинамики утверждает, что в изолированной системе энтропия со временем растет. Именно этим объясняют таяние льда, расширение газов и то, почему сложные структуры склонны разрушаться, а не спонтанно упорядочиваться.

Несмотря на это, энтропия не дает полного ответа. Микроскопические законы все еще допускают оба направления времени, а сама концепция энтропии опирается на предположения о начальных условиях Вселенной. Именно на этом этапе особое значение приобретают новые подходы, в том числе и предложенные китайскими исследователями.

Новый подход сосредотачивается на квантовом уровне

Новая теоретическая модель, опубликованная в этом месяце в рецензируемом журнале Annals of Physics, обращается к процессам квантового масштаба, где частицы и системы тесно переплетены между собой. Вместо того чтобы ограничиваться энтропией или внешним наблюдением, авторы работы утверждают, что направление времени может естественно возникать из внутренней эволюции самих квантовых систем. Об этом говорится в исследовании под руководством физика Цай Цинью и его коллег из Хайнаньского университета.

На квантовом уровне системы никогда не являются полностью изолированными. Они постоянно взаимодействуют, обмениваются информацией и становятся взаимно скоррелированными. По мере накопления таких корреляций повернуть эволюцию системы вспять становится все сложнее на практике, даже если формально уравнения этого не запрещают.

В рамках этого подхода необратимость не навязывается внешними факторами. Она вытекает из самого строения и динамики системы. При взаимодействии квантовых элементов информация об их предыдущих состояниях рассеивается и становится фактически недостижимой. Это создает естественное различение между «до» и «после» и формирует стрелу времени.

Предложенная концепция не отрицает ни термодинамику, ни теории Эйнштейна, а скорее дополняет их. Энтропия продолжает оставаться ключевой на макроуровне, тогда как теория относительности описывает поведение времени в условиях больших скоростей и мощных гравитационных полей.

Как направление времени может возникать из квантовых процессов?

Основная ценность новой теории заключается в более глубоком понимании того, как направление времени может появляться из квантовых процессов без опоры исключительно на измерения, наблюдения или особые стартовые условия. Она помогает свести воедино микроскопические законы природы с макроскопическим человеческим опытом.

Подобные работы являются частью более широкого направления современной физики, которое пытается выяснить, как сложные явления — в частности время, сознание или классическая реальность — возникают из более простых фундаментальных правил.

Исследование дало глубокое понимание фундаментальной связи между квантовой и классической физикой, «касаясь одного из самых глубоких вопросов в науке», — отметил старший теоретический физик и член Китайской академии наук Сунь Чанпу в сообщении Хайнаньского университета.

Цай и его команда использовали корреляции как инструмент измерения объема информации, которой обмениваются различные части замкнутой системы, чтобы отслеживать ход процессов во времени.