Течението на времето е неоспоримо. Неговият поток бележи напредъка на живота ни, движейки се ясно в една посока. По природа то е асиметрично. По този начин го възприемаме като стрела, свистяща напред без възможност за обръщане. Но само защото времето е неизбежно, не означава, че го разбираме напълно.
Физиците например все още се чудят защо – или може би дали – стрелата на времето функционира в една посока. В класическата физика уравненията функционират без оглед на посоката на времето или на предпочитанието му да се движи в бъдещето или в миналото. Един от начините да се разбере това математическо пренебрегване на посоката е да се гледа видео на люлеещо се махало. Независимо дали видеото се възпроизвежда напред или назад, движението на махалото остава същото и посоката на времето е неразличима. И все пак, времето, както го преживяваме, очевидно се движи в една посока. Затова изследователите продължават да търсят причината, поради която времето се държи асиметрично, пише Рopular Mechanics.
ОЩЕ: Учени накараха времето да потече едновременно напред и назад
В продължение на повече от две години екип от физици в Англия изследва този въпрос теоретично, опитвайки се да изведе математически стрелката на времето в отворени квантови системи. В статия, публикувана през януари в списанието Scientific Reports, те представят резултати, които показват, че в тези системи съществуват две стрели на времето, движещи се в противоположни посоки. Това откритие може да стимулира учените да преосмислят как стрелата на времето влияе върху термодинамиката, квантовата механика и дори създаването на Вселената.
Необратимото време
За да разберат как времето работи на субатомно ниво, учените се фокусирали върху отворена квантова система, която е повлияна от заобикалящата я среда, за разлика от затворена квантова система, която е изолирана от заобикалящата я среда и външното влияние. В изолация затворената система остава същата, тъй като нищо не може да я докосне или промени, защитена от опустошенията на времето. Но когато отворената система взаимодейства със заобикалящата я среда, тя се променя с течение на времето.
ОЩЕ: Физици смятат, че най-накрая са открили доказателства за теорията на струните
За учените отворените квантови системи са за предпочитане, тъй като позволяват промяна във времето – като например разсейване на енергия в околната среда, известно още като ентропия. Това е важно за модела на изследователите, защото служи като показател за течението на времето; когато видите как енергията се разсейва от системата в нейната среда, можете да заключите в каква посока тече времето. Това разсейване е и необратимо: ако разлеете чаша, пълна с мляко, млякото не може да се върне обратно в чашата.
iStock
„Микроскопски погледнато, ако помислите за стрелата на времето, ние по същество разчитаме на показатели“, казва старшият автор на статията Андреа Роко, доктор по физика и математическа биология в Университета в Съри. На субатомно ниво, където работи квантовата механика, невинаги можем да различим очевидни промени, които показват течението на времето. Вместо това трябва да разгледаме други индикатори, като ентропията.
Екипът очаквал да види само една стрела на времето в своето уравнение, казва Роко. Обикновено тези уравнения, описващи разсейването, изглеждат различно, независимо дали траекторията им се движи назад или напред. Докато движението на махалото изглежда еднакво напред или назад, движението на падаща чаша мляко не е такова; разсейването, свързано с разлятото мляко, нарушава симетрията. Тази предпоставка подкрепя асиметрията на стрелата на времето. Но с отворената квантова система по думите на Роко изследователите са получили „леко модифицирани уравнения“, които разкриват две спонтанно възникващи стрели на времето.
Неизменната ентропия
От решаващо значение е, че учените са открили, че ентропията, описана във втория закон на термодинамиката, се запазва в техния модел. Този закон гласи, че ентропията, или тенденцията към неподредено състояние, се увеличава с времето в рамките на една система. И в двете посоки на тези две стрели на времето системите все още се стремят към неподредено състояние, докато енергията се разсейва в околната среда. Стрелата не може да обърне посоката си, след като е изстреляна, връщайки млякото в така наречената чаша. По-скоро ентропията прогресира, независимо дали стрелата на времето се изстрелва в миналото, или в бъдещето.
„Все още ще виждате млякото да се разлива по масата, но часовникът ви ще се върти в обратната посока“, казва Роко. По този начин ентропията все още се увеличава, но се увеличава към миналото, вместо към бъдещето. Млякото не се връща обратно в чашата, което вторият закон на термодинамиката забранява, а изтича от чашата в посока на миналото. Независимо дали стрелата на времето се изстрелва към бъдещето, или към миналото от даден момент, ентропията все пак ще се разсее в тази дадена посока, произвеждайки това, което Роко нарича „раздвоена ентропия“.
ОЩЕ: Нашият свят естествено възниква от паралелни квантови вселени
Тази раздвоена ентропия демонстрира симетричен характер на времето в отворени квантови системи. От даден момент стрелата на времето може да е изстреляна в обратната посока. „Физиката всъщност ни казва, че обратната посока може да е била също толкова възможна“, казва Роко.
Susann Mielke / Pixabay
Но не се заблуждавайте: тази теоретична статия не засяга понятия като пътуване във времето.
„Това няма абсолютно нищо общо с пътуването във времето или конструирането на машина на времето“, казва Роко. По-скоро този теоретичен модел показва в математически смисъл, че „две траектории са еднакво възможни: едната напред, а другата назад от този момент“. След като обаче стрелата избере дадена посока, динамиката, с която сме запознати – като ентропията – се възобновява и стрелата се зацикля в движението си в тази посока.
Това означава, че резултатите на екипа биха могли да поставят под въпрос как мислим за стрелата на времето в термодинамиката, космологията и квантовата механика. Например Роко споменава, че някои хора спекулират дали по време на Големия взрив са се появили две вселени, пътуващи в противоположни посоки във времето. Изследването със сигурност не потвърждава това предположение, но теоретичната рамка, която физиците са разработили, би могла да ни помогне да преоценим предположенията си за функцията на времето във Вселената.
Макар че „няма представа“ какви биха могли да бъдат възможните технологични приложения, Роко иска за разбере механизма, който разкрива как стрелата се движи в едната или другата посока. Той го сравнява с мрежа от пътища в един град. „Виждаш пътищата, но все още не знаеш какво ще направи трафикът“, казва той.
