В повседневной жизни кажется, что время движется в одном направлении. Эту идею часто называют стрелой времени — термином, описывающим одностороннее движение из прошлого в будущее. Однако, когда физики изучают уравнения, описывающие фундаментальные частицы, например в классической механике, электромагнетизме или квантовой теории, они часто обнаруживают, что эти уравнения работают одинаково хорошо как в прямом, так и в обратном направлении во времени. В связи с этим ученых давно мучает вопрос: если законы физики в основном симметричны относительно времени, то почему наше восприятие времени явно однонаправленное?
Традиционно наиболее распространенный ответ на него связан с термодинамикой. В XIX веке физик Людвиг Больцман связал стрелу времени с энтропией, которую часто называют мерой беспорядка. Согласно второму закону термодинамики, энтропия в изолированной системе имеет тенденцию к увеличению с течением времени. Это объясняет, почему тает лед, почему газы расширяются, и почему сложные системы разрушаются, а не самоорганизуются, но в случае с течением времени не все так однозначно.
Новая концепция фокусируется на том, что происходит на квантовом уровне, где частицы и системы становятся тесно взаимосвязанными. Согласно исследованию, проведенному командой ученых из Хайнаньского университета (Китай), направление времени может естественным образом возникать в результате внутренней эволюции квантовых систем.
На квантовом уровне системы не существуют изолированно. Они взаимодействуют, обмениваются информацией и коррелируют друг с другом. По мере нарастания этих связей обратить эволюцию системы вспять становится все сложнее, даже если теоретически это возможно, согласно уравнениям.
С этой точки зрения необратимость — это не что-то навязанное извне. Она возникает из-за структуры и динамики системы. При взаимодействии квантовых компонентов информация об их предыдущих состояниях рассеивается и становится практически недоступной. Это создает естественное ощущение «до» и «после», порождающее стрелу времени.
Этот новый подход не опровергает термодинамику или теории Эйнштейна. Напротив, он дополняет их. Энтропия по-прежнему играет ключевую роль на больших масштабах, а теория относительности продолжает описывать поведение времени при высоких скоростях и в сильных гравитационных полях.
Новая теория позволяет глубже понять, как направление времени может возникать в результате квантовых процессов, не полагаясь исключительно на измерение, наблюдение или особые начальные условия. Это помогает преодолеть разрыв между микроскопическими законами и макроскопическим опытом.
Ранее физики объяснили, какие теории лежат в основе сюжета «Очень странных дел».
