Китайські вчені пояснили стрілу часу: чому неможливо повернутися в минуле.

Як повідомляє ТСН: Китайські вчені представили нову модель, яка пояснює односторонній рух часу на квантовому рівні. Дослідження підтверджує, що навіть в умовах симетрії законів фізики накопичення інформаційних кореляцій ускладнює повернення в минуле.

Команда Хайнаньського університету розробила теорію, що допомагає зрозуміти, чому час має лише один напрямок. Ця нова концептуальна модель пропонує альтернативне пояснення того, чому час неможливо повернути назад, незважаючи на те, що базові фізичні закони не роблять суттєвої різниці між минулим і майбутнім.

Від моменту виникнення абстрактного мислення люди завжди намагалися зрозуміти природу часу. Ми можемо згадувати минуле, жити теперішнім і очікувати на майбутнє, але ніколи не спостерігаємо зворотного руху часу. Наприклад, розбите скло не відновлюється само по собі, люди не стають молодшими, а минуле неможливо пережити знову. Багато фізичних законів не забороняють зворотний рух часу, і цю суперечність досліджують науковці вже понад сто років.

Ентропія пояснює багато незворотних процесів

У повсякденному житті час сприймається як чітко визначений. Для цього використовується термін «стріла часу», що позначає односторонній рух від минулого до майбутнього. Однак, аналізуючи рівняння, що описують поведінку фундаментальних частинок, вчені зауважують, що ці рівняння викладені однаково для руху вперед і назад.

Традиційна відповідь на запитання про спрямованість часу базується на термодинаміці. Людвіг Больцман у XIX столітті пов'язав стрілу часу з ентропією, яку зазвичай трактують як ступінь безладу. Другий закон термодинаміки говорить, що ентропія в ізольованій системі зростає з часом, що пояснює, чому складні структури, як правило, руйнуються, а не упорядковуються.

Проте ентропія не дає повного пояснення. Мікроскопічні закони допускають обидва напрямки часу, а сама концепція ентропії залежить від початкових умов. Тут важливі нові підходи, як, наприклад, те, що запропонували китайські дослідники.

Новий підхід зосереджується на квантовому рівні

Запропонована модель, опублікована в журналі Annals of Physics, звертається до квантового рівня, де частинки та системи перебувають у тісному взаємозв'язку. Дослідники вважають, що напрям часу може виникати від внутрішньої еволюції квантових систем. Це підтверджують результати команди на чолі з фізиком Цай Цін’ю.

На квантовому рівні системи ніколи не є повністю ізольованими; вони постійно взаємодіють і обмінюються інформацією. У процесі накопичення кореляцій повернути еволюцію системи назад стає дедалі складніше, навіть якщо формально цього не забороняють рівняння.

У межах цього підходу незворотність не обумовлюється зовнішніми чинниками, а виникає з динаміки самої системи. Взаємодія квантових елементів розсіює інформацію про їхні попередні стани, створюючи відмінність між «до» і «після» та формуючи стрілу часу.

Як напрям часу може виникати з квантових процесів?

Цінність нової теорії полягає в глибшому розумінні того, як напрям часу може виникати з квантових процесів без потреби в вимірюваннях, спостереженнях або спеціальних початкових умовах. Вона допомагає зв'язати мікроскопічні закони природи з макроскопічним досвідом людей.

Цай та його команда використовували кореляції для вимірювання обсягу інформації, якою обмінюються частини замкненої системи, щоб відстежити зміни в часі.

«Дослідження дало глибоке розуміння фундаментального зв’язку між квантовою та класичною фізикою, торкаючись одного з найглибших питань у науці», - зазначив старший теоретичний фізик і член Китайської академії наук Сунь Чанпу.

Таким чином, нове дослідження розширює знання про зв’язок між часом і квантовими системами, формуючи новий погляд на цю складну тему.