Математическое описание возможности обратного хода времени на микроуровне было предоставлено учеными. Согласно последним исследованиям, в некоторых квантовых системах противоположные направления времени могут существовать в теории.
Время нередко характеризуют как «оси времени» или «стрелы времени». И ось, и стрела имеют отправную точку и определенное направление, а события, которые находятся на оси времени, выстраиваются последовательно, и их порядок предопределен. Утверждается, что время течет в одном направлении и асимметрично.
«Представьте, как пролитое молоко растекается по столу. Очевидно, что время движется вперед. Однако, если воспроизвести эту сцену в обратном направлении, как в кино, сразу станет понятно, что что-то не соответствует действительности — сложно поверить, что молоко может вернуться обратно в стакан», — прокомментировала доктор Андреа Рокко ( Andrea Rocco), доцент кафедры физики и математической биологии Университета Суррея, расположенного в Великобритании).
Практический опыт подтверждает необратимость времени, однако базовые принципы физики не исключают возможность обратного хода времени и не выделяют какое-либо конкретное направление как приоритетное. На микроуровне, где размеры объектов слишком малы для визуального восприятия, физические уравнения сохраняют свою форму, вне зависимости от того, движется время вперед или назад.
В некоторых случаях процессы кажутся одинаково вероятными при движении в обоих направлениях. Так, например, движение маятника. На базовом уровне законы физики описывают поведение маятника, а не разлитой жидкости, – они не принимают во внимание необратимость происходящих физических изменений.
Физики провели анализ того, как организована открытая квантовая система, то есть субатомные частицы, взаимодействующие с окружающей средой, в условиях течения времени опубликовано в журнале Scientific Reports.
Ученые исследовали, почему мы воспринимаем время как движущееся в одном направлении, и возникает ли это восприятие из открытой квантовой механики.
Команда исходила из двух основных положений. В первую очередь, они анализировали среду системы, концентрируясь исключительно на самой квантовой системе. Во-вторых, они исходили из того, что среда — как и вся Вселенная — настолько обширна, что энергия и информация рассеиваются в ней, не возвращаясь к исходному состоянию. Благодаря этому методу им удалось исследовать, как возникает время как однонаправленный процесс, несмотря на то, что на микроуровне оно теоретически способно двигаться в обе стороны.
После применения указанных предположений открытая квантовая система демонстрировала идентичное поведение, вне зависимости от направления движения времени. Это послужило основой для выдвижения гипотезы о симметрии времени сохраняется в открытых квантовых системах. А значит, стрела времени может быть не такой фиксированной, как мы ее воспринимаем.
«Несмотря на стандартные упрощения в уравнениях, описывающих открытые квантовые системы, их поведение оставалось идентичным, вне зависимости от направления времени.
После детальной проработки математической модели мы выяснили, что такое поведение закономерно, поскольку ключевой элемент уравнения, «ядро памяти», обладает симметрией во времени», — пояснил Томас Гафф ( Thomas Guff), исследователь, руководивший расчетами.
Ученые выявили значимую особенность: присутствует фактор, нарушающий последовательность, но сохраняющий симметрию. Подобные математические механизмы встречаются нечасто встречаются в физических уравнениях, поскольку они не непрерывны. Ученые не ожидали увидеть его естественное возникновение.
Новое исследование предлагает свежий подход к решению одной из самых значительных неразрешенных задач в физике. Раскрытие сущности времени способно оказать существенное влияние на квантовую механику, космологию и другие научные дисциплины.