Китайские ученые объяснили стрелу времени: почему невозможно вернуться в прошлое.

Как сообщает ТСН: Китайские ученые представили новую модель, которая объясняет одностороннее движение времени на квантовом уровне. Исследование подтверждает, что даже в условиях симметрии законов физики накопление информационных корреляций усложняет возвращение в прошлое.

Команда Хайнаньского университета разработала теорию, которая помогает понять, почему время имеет лишь одно направление. Эта новая концептуальная модель предлагает альтернативное объяснение того, почему время невозможно вернуть назад, несмотря на то, что базовые физические законы не делают принципиальной разницы между прошлым и будущим.

С момента возникновения абстрактного мышления человечество всегда старалась понять природу времени. Мы можем вспоминать прошлое, жить настоящим и ожидать будущее, но никогда не наблюдаем обратного движения времени. Например, разбитое стекло не восстанавливается само по себе, люди не становятся моложе, а прошлое невозможно пережить снова. Многие физические законы не запрещают обратное движение времени, и эта противоречие исследуется учеными уже более ста лет.

Энтропия объясняет многие необратимые процессы

В повседневной жизни время воспринимается как четко определенное. Для этого используется термин «стрела времени», обозначающий одностороннее движение от прошлого к будущему. Однако при анализе уравнений, описывающих поведение фундаментальных частиц, ученые замечают, что эти уравнения изложены одинаково для движения вперед и назад.

Традиционный ответ на вопрос о направленности времени основывается на термодинамике. Людвиг Больцман в XIX веке связал стрелу времени с энтропией, которую обычно трактуют как степень беспорядка. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия в изолированной системе увеличивается со временем, что объясняет, почему сложные структуры, как правило, разрушаются, а не упорядочиваются.

Тем не менее, энтропия не дает полного объяснения. Микроскопические законы допускают оба направления времени, а сама концепция энтропии зависит от начальных условий. Здесь важны новые подходы, как, например, то, что предложили китайские исследователи.

Новый подход сосредоточен на квантовом уровне

Предложенная модель, опубликованная в журнале Annals of Physics, обращается к квантовому уровню, где частицы и системы находятся в тесной взаимосвязи. Исследователи считают, что направление времени может возникать от внутренней эволюции квантовых систем. Это подтверждают результаты команды под руководством физика Цай Цинью.

На квантовом уровне системы никогда не являются полностью изолированными; они постоянно взаимодействуют и обмениваются информацией. В процессе накопления корреляций вернуть эволюцию системы назад становится все сложнее, даже если формально это не запрещается уравнениями.

В рамках этого подхода необратимость не обусловливается внешними факторами, а возникает из динамики самой системы. Взаимодействие квантовых элементов рассеивает информацию о их предыдущих состояниях, создавая различие между «до» и «после» и формируя стрелу времени.

Как направление времени может возникать из квантовых процессов?

Ценность новой теории заключается в глубоком понимании того, как направление времени может возникать из квантовых процессов без необходимости в измерениях, наблюдениях или специальных начальных условиях. Она помогает связать микроскопические законы природы с макроскопическим опытом людей.

Цай и его команда использовали корреляции для измерения объема информации, которой обмениваются части замкнутой системы, чтобы отслеживать изменения во времени.

«Исследование дало глубокое понимание фундаментальной связи между квантовой и классической физикой, касаясь одного из самых глубоких вопросов в науке», - отметил старший теоретический физик и член Китайской академии наук Сунь Чанпу.

Таким образом, новое исследование расширяет знания о связи между временем и квантовыми системами, формируя новый взгляд на эту сложную тему.