Квантовый эксперимент показал, что разницы между прошлым и будущим — нет

Как бы люди старались, они не могут узнать завтрашний день. И физики понятия не имеют, почему. В надежде обнаружить источник «реки времени» физики из Университета Суррея Томас Гафф, Чинталпати Умашанкар Шастри и Андреа Рокко искали признаки ее существования в эквиваленте горячей квантовой «ванны» под бесконечным пространством вечности.

Исследователи не нашли то, что искали, но вместо этого они подтвердили, что время течет назад так же легко, как и вперед в квантовой механике. Если использовать правильный жаргон, то физика в целом симметрична, когда дело касается времени. Люди, возможно, никогда не увидят, как яйцо раскалывается, а дуб превращается в желудь, но когда большинство процессов сводятся к их фундаментальным законам, мало что указывает на то, какой конец уравнения должен быть обращен к прошлому, а какой — к будущему, говорят исследователи.

В поисках подсказок о том, почему прошлое застыло на месте, нет проблем. Например, космологи изучали, как Вселенная расширяется от состояния с низкой энтропией к состоянию с высокой. Квантовые физики задавались вопросом, не может ли здесь быть замешана постоянно расширяющаяся сеть запутывания частиц с окружающей средой. До сих пор ничто не давало четкого объяснения, почему измерение времени обладает такой плотностью.

Гафф, Шастри и Рокко задались вопросом, могут ли квантовые уравнения движения скрывать в себе способ сделать невозможным возврат в прошлое состояние, действуя как своего рода механизм, гарантирующий, что законы системы не изменятся. Они использовали математическое приближение, известное как цепь Маркова, для описания упрощенной модели нагретых частиц, толкающихся в открытом контейнере.

Применяя марковскую динамику, в которой система не имеет памяти за пределами настоящего времени, каждое новое квантовое состояние в системе будет зависеть только от одного предыдущего состояния, что может означать путешествие в один конец или колебания, которые так же легко уводят частицы назад.

Независимо от того, куда команда заглянула в уравнениях, они не смогли найти никаких признаков того, что симметрия обратного времени противоречит тому, как разворачивается квантовая активность. Это означает, что «память» марковской системы не имеет предпочтений в отношении прошлого или будущего.

«Наши результаты свидетельствуют о том, что, хотя наш обычный опыт говорит нам, что время движется только в одну сторону, мы просто не знаем, что противоположное направление было бы столь же возможным, — говорит Рокко. — Если на квантовом уровне время может двигаться туда-сюда, то в масштабах физики, которую мы ощущаем, это точно не так. Настоящая “горячая ванна” под звездами гарантированно быстро остынет, поскольку энергия утекает в постоянно расширяющийся космос».

Трио утверждает, что их результаты ни в коей мере не противоречат закону термодинамики. В конце концов, некоторые законы физики действительно необратимы. Тем не менее, если перевернуть стрелу времени в квантовом масштабе, то все равно будет наблюдаться устойчивое охлаждение, что говорит о том, что в термодинамике нет ничего особенного в одном направлении по сравнению с другим в квантовом масштабе.

Если это так, то восприятие времени как улицы с односторонним движением может быть сбалансировано по другую сторону Большого взрыва вторым направлением — тем, которое также уносится космическим расширением и увеличением энергии из квантовой точки отсчета, которая помнит будущее так же легко, как и прошлое.

Ранее ученые разработали новый подход к созданию материалов со сложными, «неупорядоченными» магнитными свойствами на квантовом уровне. Они создали материал, который соответствует требованиям для неуловимого «состояния спиновой жидкости Китаева», феномена, который озадачивал исследователей на протяжении десятилетий.