Время на квантовом уровне течет иначе. Но как? И что это означает для физики?

Hi-News.ru - Новости высоких технологий.

8,8 тыс. подписчиков

<button class="ButtonBase-root-0-2-19 Button-root-0-2-15 Button-root-d2-0-2-99 ArticleChannel-buttonSubscribe-0-2-72 LinkView-button-0-2-90 ButtonRequest-root-0-2-94" type="button">Подписаться</button>

04.12.2021

<button class="ButtonBase-root-0-2-19 Button-root-0-2-15 Button-root-d3-0-2-116 ArticleReactions-button-0-2-108" type="button">11</button><button class="ButtonBase-root-0-2-19 Button-root-0-2-15 Button-root-d4-0-2-117 ArticleReactions-button-0-2-108" type="button">12</button>

<button class="ButtonBase-root-0-2-19 Button-root-0-2-15 Button-root-d5-0-2-122 ArticleActionsTop-moreButton-0-2-104" type="button"></button>

До начала ХХ столетия считалось, что время – есть величина абсолютная. Но после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), стало понятно, что время – понятие более субъективное и имеет отношение к наблюдателю, который его измеряет. И все же, многие продолжали трактовать время так, словно это прямая железнодорожная линия, двигаться по которой можно только вперед или назад. Но что, если эта железнодорожная линия ветвится или вовсе имеет окружные пути, двигаясь по которым поезд возвращается на станцию, которую уже проезжал? Иными словами, можно ли путешествовать в будущее или прошлое? Начиная со знаменитого романа Герберта Уэллса «Машина времени», научные фантасты придаются фантазиям во всю. Но в реальной жизни представить нечто подобное невозможно. Ведь если бы кто-то в будущем изобрел машину времени, неужто он бы не предупредил нас об угрозе пандемии COVID-19 или об ужасных последствиях глобального потепления? Но к нам так никто и не прибыл. Быть может, стоит посмотреть на время под другим углом?

Законы квантового мира очень сильно отличаются от тех, что мы можем непосредственно наблюдать

Ход времени

Наше понятие времени восходит к картине, описанной Исааком Ньютоном: стрела времени движется только вперед, лишая нас всякой возможности вернуться назад, в прошлое. В то же самое время ОТО гласит, что ход времени различен для наблюдателей в разных гравитационных полях.

Это означает, что у поверхности Земли время течет медленнее, так как сила гравитации на планете сильнее, чем на орбите. И чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Подробнее о том, почему время на вершине горы и на пляже течет по-разному, можно прочитать здесь.

Выходит, законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения времени в пространстве, а теория относительности и вовсе поставила на этой идее крест. Более того, как пишут в своей книге «Кратчайшая история времени» физики Стивен Хокинг и Леонард Млодинов, путешествия во времени возможны.

Обложка замечательной книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова, настоятельно рекомендуем к прочтению

Это интересно: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Теория относительности показывает, что создание машины времени, способной переместить нас в будущее действительно возможно. Все, что нужно сделать после ее создания – войти внутрь, подождать некоторое время, а затем выйти – и обнаружить, что на Земле время шло иначе, нежели для вас. То есть намного быстрее. Безусловно, никто на планете не обладает подобными технологиями, но их появление – вопрос времени. Ведь если хорошенько подумать, то что нужно для изобретения такой машины?

Во-первых, она должна разгонятся до околосветовых скоростей (напомню, что скорость света достигает 300 000 км/с), а во-вторых, следует вспомнить знаменитый парадокс близнецов, при помощи которого физики пытаются доказать противоречивость специальной теории относительности, которая гласит, что с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются.

Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности 106 лет назад.<ins id="mailru_ad_710879_1639197136550" class="TargetAd-target-0-2-222 mrg-tag" data-ad-client="ad-710879" data-ad-query="sitename=52750" data-ad-slot="710879" data-ad-status="ready">

</ins><ins id="mailru_ad_710881_1639197136550" class="TargetAd-target-0-2-222 mrg-tag" data-ad-client="ad-710881" data-ad-query="sitename=52750" data-ad-slot="710881" data-ad-status="ready">

</ins>

Переход на квантовый уровень

Не так давно команда физиков из Университетов Вены, Бристоля, Балеарских островов и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Вена) показала, как квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным временным стрелкам (вперед и назад во времени). Иными словами, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени.

Квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени

Ранее, чтобы понять почему, ученые установили, что время знает только одно направление — вперед. Так что нам с вами придется вспомнить второй закон термодинамики. Он гласит, что в замкнутой системе энтропия системы (то есть мера беспорядка и случайности внутри системы) остается постоянной или увеличивается.

Читайте также: Существуют ли путешествия во времени без парадоксов?

Если наша Вселенная представляет собой замкнутый цикл, свернутый в клубок, ее энтропия никогда не может уменьшиться, а это означает, что Вселенная никогда не вернется в более раннюю точку. Но что, если бы стрела времени «посмотрела» на явления, где изменения энтропии невелики?

Вот что говорит об этом Джулия Рубино, научный сотрудник Университета Бристоля и ведущий автор новой статьи: «Давайте предположим, что в начале газ в сосуде занимает только его половину. Затем представьте, что мы удаляем клапан, который удерживал его в пределах половины сосуда, так что газ теперь может свободно расширяться по всему сосуду».

Термодинамика хранит в себе множество тайн о нашем мире и Вселенной

В результате мы увидим, что частицы начнут свободно перемещаться по всему объему сосуда.

Со временем газ займет весь сосуд. «В принципе, существует ненулевая вероятность того, что в какой-то момент газ естественным образом вернется, чтобы занять половину сосуда, только эта вероятность становится меньше, чем больше становится количество частиц, составляющих газ», – объясняет Рубино.

<ins id="mailru_ad_710886_1639197136550" class="TargetAd-target-0-2-222 mrg-tag" data-ad-client="ad-710886" data-ad-query="sitename=52750" data-ad-slot="710886" data-ad-status="ready">

Юр. информация

Есть противопоказания, проконсультируйтесь с

</ins>

Не пропустите: Возможны ли путешествия во времени?

Если бы существовало только три частицы газа вместо огромного количества газа (состоящего из миллиардов частиц), эти несколько частиц могли бы снова оказаться в той части сосуда, откуда они первоначально стартовали. Вот такая физика.

ОТО допускает путешествия во времени в будущее. С прошлым все намного сложнее

Далее, как вы могли догадаться, следует второй закон термодинамики – так называемый статистический закон, который является верным в среднем для макроскопической системы. «В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционирует в сторону ситуаций с более низкой энтропией», – отмечают исследователи.

Стрела времени

Чтобы разобраться еще подробнее, отметим, что в ходе нового исследования физики задавались вопросом о последствиях применения описанной выше парадигмы в квантовой области. Согласно принципу квантовой суперпозиции, отдельные единицы (например, свет) могут существовать одновременно в двух состояниях, как в виде волн, так и в виде частиц, проявляясь в том или ином виде в зависимости от того, что именно вы тестируете.

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Команда Рубино рассмотрела квантовую суперпозицию с состоянием, которое развивается как назад, так и вперед во времени. Измерения показали, что чаще всего система в конечном итоге движется вперед во времени. Если бы не небольшие изменения энтропии, система действительно могла бы продолжать развиваться как вперед, так и назад во времени.

Разрушение суперпозиции состоянии при взаимодействии с окружением с течением времени Изображение Joint Quantum Institute

Так как же эти сложные физические понятия соотносятся с реальным человеческим опытом? Неужели наконец-то пришло время начать собирать вещи для путешествия назад во времени? Увы.

И действительно – на самом фундаментальном уровне мир состоит из квантовых систем (которые могут двигаться вперед и назад). Более глубокое понимание того, как описать течение времени на уровне этих элементарных составляющих, могло бы позволить физикам сформулировать более точные теории для их описания и, в конечном счете, получить более глубокое понимание физических явлений мира, в котором мы живем.

<ins id="mailru_ad_757834_1639197136550" class="TargetAd-target-0-2-222 mrg-tag" data-ad-client="ad-757834" data-ad-query="sitename=52750" data-ad-slot="757834" data-ad-status="ready">

</ins>

Еще больше интересных статей обо всем на свете, а также о путешествиях во времени и Мультивселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Выводы

Однако не все согласны с тем, что различие между макроскопическим и микроскопическим является четким. Как пишет Popular Mechanics, Рамакришна Подила, доцент кафедры физики и астрономии Университета Клемсона в Южной Каролине, говорит, что статистика многих частиц по сравнению со статистикой отдельных частиц является более точным способом описания вещей.

Связывание стрелы времени с энтропией или коллапсом квантово-механической системы (как указано в статье) – это не формальные утверждения, а популярные методы, которые просты в использовании. Даже то, что время движется вперед, само по себе не аксиома, а теория, которую астрофизик Артур Эддингтон придумал и популяризировал в 1927 году.

Время и пространство неразрывно связаны, но правильно ли мы их понимаем?

Больше по теме: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Так что, возможно, идея о том, что пространство и время сливаются в один переплетенный континуум, имеет право на жизнь. С тех пор как Альберт Эйнштейн сформулировал теорию относительности, мы перестали воспринимать пространство как трехмерную фигуру, а время — как одномерное.

В заключение же хочу не только поблагодарить читателя за внимание, но и вновь процитировать ученых: «Хотя время часто рассматривается как непрерывно увеличивающийся параметр, наше исследование показывает, что законы, управляющие его течением в квантово-механических контекстах, намного сложнее. Это может означать, что нам нужно переосмыслить то, как мы представляем эту величину во всех тех контекстах, где квантовые законы играют решающую роль».

Из-за квантовой суперпозиции ход времени в микромире не имеет определенного направления — исчезает грань между причиной и следствием.

Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature. Кстати, как вы думаете, можно ли путешествовать во времени и что новое исследование говорит нам о Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

<ins id="mailru_ad_707725_1639197136558" class="TargetAd-target-0-2-222 mrg-tag" data-ad-client="ad-707725" data-ad-query="sitename=52750" data-ad-slot="707725" data-ad-status="ready">

</ins>