Время течёт в обе стороны? Физики экспериментально подтвердили две стрелы времени в квантовом мире
Время… Казалось бы, что может быть проще и понятнее? Неуклонный поток секунд, минут, часов, уносящий нас из прошлого в будущее. Мы привыкли воспринимать его как нечто само собой разумеющееся, как данность, не требующую объяснений. Но что, если эта привычная картина — лишь иллюзия, порожденная нашим ограниченным восприятием? Исследователи из Университета Суррея заставляют нас усомниться в незыблемости привычных представлений о времени, приоткрывая завесу тайны над его квантовой природой.
Загадка однонаправленности: почему разбитая чашка не собирается обратно?
Физики давно бьются над вопросом, почему время имеет четко выраженное направление — ту самую «стрелу времени», указывающую из прошлого в будущее. В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с необратимыми процессами: пролитое молоко растекается, разбитая чашка не собирается обратно, а увядший цветок не распускается вновь. Но вот парадокс: фундаментальные законы физики, описывающие мир на самом базовом уровне, удивительно равнодушны к направлению времени. Будь то движение планет по орбитам или колебания маятника, уравнения, описывающие эти процессы, работают одинаково хорошо, как при движении времени вперед, так и назад.

«Открытые системы» и квантовый мир: где искать разгадку?
Где же кроется разгадка этой кажущейся несостыковки между нашим опытом и фундаментальными законами?
Представьте себе крошечную квантовую частицу, окруженную бескрайним «океаном» других частиц. Как поведет себя эта частица? Будет ли ее поведение зависеть от направления времени? Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи прибегли к некоторым упрощениям. Они «сжали» окружающий мир до такой степени, чтобы сосредоточиться на самой частице, и предположили, что «океан» настолько велик, что вся информация и энергия, уходящие в него, безвозвратно теряются.

Симметрия, которой нет места: неожиданный поворот
И вот тут начинается самое интересное. Даже после всех упрощений, поведение системы оставалось симметричным относительно направления времени! То есть, с точки зрения математики, не было никакой разницы, движется ли время вперед или назад. Это стало настоящей сенсацией, ведь, казалось бы, взаимодействие с окружающей средой должно было «навязать» системе однонаправленность времени.
«Мы были поражены, увидев, что даже после стандартных упрощений, уравнения, описывающие открытые квантовые системы, продолжают вести себя одинаково, независимо от направления времени,» — делится впечатлениями Томас Гафф, один из авторов исследования.

Ключ к разгадке: «ядро памяти» и разрывный множитель
В чем же секрет? Тщательный анализ математических выкладок показал, что ключевую роль играет так называемое «ядро памяти» — компонент уравнения, отвечающий за «воспоминания» системы о ее прошлом. Оказалось, что это ядро обладает удивительной симметрией относительно времени.
Более того, ученые обнаружили еще одну, на первый взгляд незначительную, деталь, которую обычно упускают из виду — разрывный во времени множитель. Этот множитель обеспечивает сохранение временной симметрии, несмотря на разрывность. Его появление в уравнении стало настоящей неожиданностью для исследователей.
Что это значит для нас?
Результаты исследования Университета Суррея — это не просто очередной научный курьез. Они заставляют нас по-новому взглянуть на саму природу времени. Если на квантовом уровне время может быть не таким уж и однонаправленным, как нам кажется, то какие последствия это может иметь для нашего понимания Вселенной?
Пока рано говорить о практическом применении этих открытий. Но одно можно сказать наверняка: работа британских физиков открывает новую страницу в исследовании одной из самых фундаментальных загадок мироздания. И кто знает, возможно, в будущем мы научимся управлять временем, как сегодня управляем пространством… Хотя пока это звучит как научная фантастика, помните: еще недавно и квантовая механика казалась чем-то из области фантазий. А теперь она — основа современной науки и техники.