Нове дослідження показує, що межа між рухом часу вперед і назад може стиратися в квантовій механіці.
Команда фізиків з університетів Брістоля, Відня, Балеарських островів та Інституту квантової оптики і квантової інформації (IQOQI-Vienna) показала, як квантові системи можуть одночасно розвиватися за двома протилежними стрілками часу - як вперед, так і назад у часі.
Дослідження, опубліковане в останньому випуску журналу Communications Physics, вимагає переосмислення того, як потік часу розуміється і представляється в контекстах, де квантові закони відіграють вирішальну роль.
Протягом століть філософи та фізики роздумували про існування часу. Тим не менш, в класичному світі наш досвід, здається, розвіює будь-які сумніви в тому, що час існує і триває. Дійсно, в природі процеси мають тенденцію спонтанно розвиватися від станів з меншим безладом до станів з великим безладом, і цю схильність можна використовувати для визначення стріли часу. У фізиці це описується в термінах «ентропії», яка являє собою фізичну величину, що визначає ступінь безладу в системі.
Джулія Рубіно з Лабораторії квантових інженерних технологій (QET labs) Брістольського університету і провідний автор публікації сказала:
"Якщо явище виробляє велику кількість ентропії, спостереження його обігу часу настільки малоймовірне, що стає практично неможливим. Однак, коли вироблена ентропія досить мала, існує чимала ймовірність побачити, що звернення часу явища відбувається природним чином ".
"Як приклад ми можемо взяти послідовність дій, які ми робимо в ранковому розпорядку. Якби нам показали, як наша зубна паста переміщається з зубної щітки назад в тюбик, ми б не сумнівалися, що це був би перемотаний запис нашого дня. Однак, якби ми обережно стиснули тюбик так, щоб вийшла тільки зовсім невелика частина зубної пасти, було б не так вже малоймовірно спостерігати, як вона знову потрапляє в тюбик, всмоктувана декомпресією тюбика ".
Вчені застосували цю ідею до квантової сфери, однією з особливостей якої є принцип квантової суперпозиції, згідно з яким, якщо можливі два стани квантової системи, то ця система також може перебувати в обох станах одночасно.
Поширюючи цей принцип на стрілки часу, він призводить до того, що квантові системи, що розвиваються в тому чи іншому часовому напрямку (зубна паста, що виходить з тюбика або повертається назад в нього), також можуть еволюціонувати одночасно в обох тимчасових напрямках.
"Хоча ця ідея здається досить безглуздою в застосуванні до нашого повсякденного досвіду, на самому фундаментальному рівні закони Всесвіту засновані на квантово-механічних принципах. Виникає питання, чому ми ніколи не стикаємося з цими суперпозиціями потоків часу в природі ", - сказав д-р Джулія Рубіно.
Гонсало Манзано, співавтор дослідження, сказав: "У нашій роботі ми кількісно оцінили ентропію, вироблену системою, що розвивається в квантовій суперпозиції процесів з протилежними стрілками часу. Ми виявили, що це найчастіше призводить до проектування системи на чітко визначений напрямок часу, що відповідає найбільш вірогідному з двох процесів. І все ж, коли задіяно невелику кількість ентропії (наприклад, коли пролилося так мало зубної пасти, що можна було побачити, як вона знову вбирається в тюбик), тоді можна фізично спостерігати наслідки еволюції системи в прямому і зворотному часовому напрямку в один і той же час ".
Крім фундаментальної особливості, що полягає в тому, що сам час не може бути чітко визначено, ця робота також має практичне значення в квантовій термодинаміці. Приміщення квантової системи в суперпозицію стрілок альтернативного часу може дати переваги в роботі теплових машин і холодильників.
"Хоча час часто розглядається як безперервно збільшується параметр, наше дослідження показує, що закони, які керують його течією в квантово-механічних контекстах, набагато складніше. Це може означати, що нам необхідно переосмислити спосіб представлення цієї величини у всіх тих контекстах, де квантові закони відіграють вирішальну роль "- кажуть вчені.
Дослідження було опубліковано в Communications Physics.
