Chińscy naukowcy wyjaśnili strzałę czasu: dlaczego niemożliwe jest powrócenie do przeszłości.

Jak informuje ТСН: Chińscy naukowcy przedstawili nowy model, który wyjaśnia jednostronny ruch czasu na poziomie kwantowym. Badanie potwierdza, że nawet w warunkach symetrii praw fizyki gromadzenie informacji korelacyjnych utrudnia powrót do przeszłości.

Zespół Uniwersytetu Hainan opracował teorię, która pomaga zrozumieć, dlaczego czas ma tylko jeden kierunek. Ten nowy konceptualny model oferuje alternatywne wyjaśnienie tego, dlaczego czas nie może cofnąć się, mimo że podstawowe prawa fizyki nie różnią się znacząco między przeszłością a przyszłością.

Od chwili powstania abstrakcyjnego myślenia ludzie zawsze starali się zrozumieć naturę czasu. Możemy wspominać przeszłość, żyć teraźniejszością i czekać na przyszłość, ale nigdy nie obserwujemy odwrotnego ruchu czasu. Na przykład, rozbite szkło nie odbudowuje się samo, ludzie nie stają się młodsi, a przeszłości nie można przeżyć na nowo. Wiele praw fizyki nie zabrania odwrotnego ruchu czasu, a tę sprzeczność naukowcy badali przez ponad sto lat.

Entropia wyjaśnia wiele nieodwracalnych procesów

W codziennym życiu czas postrzegany jest jako wyraźnie określony. W tym celu używa się terminu „strzała czasu”, który oznacza jednostronny ruch od przeszłości do przyszłości. Jednak analizując równania opisujące zachowanie fundamentalnych cząstek, naukowcy zauważają, że te równania są sformułowane w taki sposób, że dotyczą zarówno ruchu do przodu, jak i do tyłu.

Tradycyjna odpowiedź na pytanie o kierunek czasu opiera się na termodynamice. Ludwig Boltzmann w XIX wieku powiązał strzałę czasu z entropią, która zazwyczaj jest interpretowana jako stopień chaosu. Druga zasada termodynamiki mówi, że entropia w izolowanym systemie rośnie w czasie, co wyjaśnia, dlaczego złożone struktury zwykle ulegają rozpadowi, a nie porządkują się.

Jednak entropia nie daje pełnego wyjaśnienia. Mikro-prawa dopuszczają oba kierunki czasu, a sama koncepcja entropii zależy od warunków początkowych. Tutaj ważne są nowe podejścia, takie jak te, które zaproponowali chińscy badacze.

Nowe podejście koncentruje się na poziomie kwantowym

Proponowany model, opublikowany w czasopiśmie Annals of Physics, odnosi się do poziomu kwantowego, gdzie cząstki i systemy są ze sobą ściśle powiązane. Badacze uważają, że kierunek czasu może wynikać z wewnętrznej ewolucji systemów kwantowych. To potwierdzają wyniki zespołu pod kierownictwem fizyka Cai Qingyu.

Na poziomie kwantowym systemy nigdy nie są całkowicie izolowane; ciągle oddziałują i wymieniają informacje. W procesie gromadzenia korelacji, odwrócenie ewolucji systemu staje się coraz trudniejsze, nawet jeśli równania formalnie tego nie zakazują.

W ramach tego podejścia nieodwracalność nie jest określona przez czynniki zewnętrzne, lecz wynika z dynamiki samego systemu. Wzajemne oddziaływania elementów kwantowych rozpraszają informacje o ich wcześniejszych stanach, tworząc różnicę między „przed” a „po” oraz formując strzałę czasu.

Jak kierunek czasu może wynikać z procesów kwantowych?

Wartość nowej teorii polega na głębszym zrozumieniu tego, jak kierunek czasu może wynikać z procesów kwantowych bez potrzeby występowania pomiarów, obserwacji czy specjalnych warunków początkowych. Pomaga ona połączyć mikro-prawa natury z makroskopowym doświadczeniem ludzi.

Cai i jego zespół użyli korelacji do pomiaru ilości informacji, jaką wymieniają części zamkniętego systemu, aby śledzić zmiany w czasie.

„Badanie dało głębokie zrozumienie fundamentalnego związku między fizyką kwantową a klasyczną, dotykając jednego z najgłębszych pytań w nauce” - zauważył starszy fizyk teoretyczny i członek Chińskiej Akademii Nauk Sun Zhangpu.

W ten sposób nowe badanie poszerza wiedzę o związku między czasem a systemami kwantowymi, formując nowy pogląd na ten złożony temat.