Новые открытия в квантовой механике ставят под сомнение однонаправленность времени

Новое исследование, проведенное учеными из Университета Суррея, бросает вызов устоявшемуся представлению о времени как о необратимо движущейся вперед силе. Результаты исследования, опубликованные в журнале Scientific Reports, показывают, что на квантовом уровне время теоретически может течь в обоих направлениях.

На протяжении столетий ученые рассуждали о "стреле времени" — концепции, описывающей однонаправленное движение времени из прошлого в будущее. В макромире это кажется незыблемым, однако фундаментальные законы физики не исключают возможности обратного движения.

"Один из способов понять это — представить пролитое молоко, растекающееся по столу", — объясняет доктор Андреа Рокко, доцент кафедры физики и математической биологии Университета Суррея и ведущий автор исследования.

Он добавил, что в нашей повседневной реальности время движется вперед, и этот процесс кажется естественным. Однако, если бы мы увидели обратный процесс, в котором молоко чудесным образом собирается обратно в стакан, то сразу бы осознали, что что-то не так. Доктор Рокко также отметил, что существуют процессы, такие как движение маятника, которые выглядят одинаково правдоподобно независимо от направления времени. По его словам, парадокс заключается в том, что на фундаментальном уровне законы физики не отражают необратимость времени.

"Наше исследование показывает, что, хотя наш опыт подсказывает нам однонаправленность времени, мы можем просто не осознавать возможность его обратного движения."

Исследователи изучали взаимодействие квантовой системы с окружающей средой, так называемой "открытой квантовой системой". Ученые упростили задачу, предположив, что окружающая среда настолько обширна, что энергия и информация, рассеиваясь в ней, никогда не возвращаются. Такой подход позволил исследовать, как время проявляется как одностороннее явление, даже если на микроскопическом уровне оно может двигаться в обоих направлениях.

Несмотря на упрощения, система вела себя одинаково независимо от направления времени, что заложило математическую основу для идеи о сохранении симметрии обращения времени в открытых квантовых системах. Это открытие ставит под сомнение неизменность "стрелы времени" в нашей реальности.

"Удивительным в этом проекте было то, что даже после внесения стандартных упрощающих допущений в уравнения, описывающие открытые квантовые системы, они по-прежнему вели себя одинаково, независимо от направления времени," — комментирует Томас Гафф, научный сотрудник, проводивший расчеты.

Он заявил, что при тщательном изучении математики они обнаружили, что это возможно благодаря симметрии во времени ключевого элемента уравнения, а именно "ядра памяти". Он также добавил, что они обнаружили небольшую, но важную деталь – фактор, нарушающий непрерывность во времени, но при этом сохраняющий свойство временной симметрии. Гафф подчеркнул, что появление такого математического механизма, который не является непрерывным, в физическом уравнении было весьма неожиданным.

Исследование предлагает новый взгляд на одну из фундаментальных загадок физики. Более глубокое понимание природы времени может иметь серьезные последствия для квантовой механики, космологии и других областей науки.