Квантовая машина времени реальна? Новое исследование бросает вызов всему, что мы знаем

Ученые обнаружили, что движение времени на квантовом уровне может быть не строго односторонним. Хотя наш повседневный опыт заставляет думать, что течение времени необратимо, фундаментальная физика предполагает обратное.

Исследование открытых квантовых систем показало, что даже при рассмотрении рассеивания энергии во Вселенной, симметрия времени остается неизменной. Был обнаружен удивительный математический фактор — «ядро памяти», подтверждающий, что время теоретически может двигаться в обоих направлениях. Это открытие может изменить понимание времени, физики и Вселенной.

Что, если движение времени не так фиксировано, как мы предполагаем? Вместо того, чтобы двигаться только из прошлого в будущее, может ли время также течь назад при определенных условиях? Авторы исследования, опубликованного в Scientific Reports, рассмотрели эту возможность, обнаружив, что противоположные направления течения времени теоретически могут возникать в определенных квантовых системах.

Хотя для нас это кажется очевидным в повседневной жизни, фундаментальные законы физики на самом деле не отдают предпочтение одному направлению перед другим. Независимо от того, движется  время вперед или назад, уравнения, которые управляют физическими процессами, остаются неизменными.

Когда мы смотрим, например, на пролитое молоко, растекающееся по столу, становится ясно, что время движется вперед. Но если прокрутить это в обратном порядке, как кинопленку, то сложно  поверить, что молоко может собраться обратно в стакан.

Однако существуют процессы, например, такие, как движения маятника, которые выглядят столь же правдоподобно и в обратном направлении. Загадка в том, что на самом фундаментальном уровне законы физики напоминают маятник; они не учитывают необратимые процессы. Выводы исследователей показывают, что хотя наш общий опыт говорит, что время движется только в одном направлении, мы просто не осознаем, что противоположное направление было бы так же возможно.

В рамках исследования было изучено, как квантовая система — мир субатомного — взаимодействует со своей средой, известной как открытая квантовая система. Исследователи рассмотрели, почему мы воспринимаем время как движение в одном направлении, и возникает ли это восприятие из открытой квантовой механики.

Чтобы упростить задачу, команда сделала два ключевых предположения. Во-первых, они рассматривали обширную среду, окружающую систему, таким образом, что могли сосредоточиться только на самой квантовой системе. Во-вторых, они предположили, что среда — как и вся Вселенная — настолько велика, что энергия и информация рассеиваются в ней, никогда не возвращаясь. Этот подход позволил изучить, что время возникает как одностороннее явление, хотя на микроскопическом уровне оно теоретически может двигаться в обоих направлениях.

Даже после применения этих предположений система вела себя одинаково, независимо от того, двигалось ли время вперед или назад. Это открытие дало математическое обоснование идее о том, что симметрия обращения времени все еще сохраняется в открытых квантовых системах. То есть стрела времени может быть не такой фиксированной, как мы ее воспринимаем.

Удивительно, что даже после принятия стандартного упрощающего предположения к  уравнениям ученых, описывающим открытые квантовые системы, эти  уравнения все равно вели себя одинаково, независимо от того, двигалась ли система вперед или назад во времени. На основе математических расчетов было обнаружено, что такое поведение должно было иметь место, так как ключевая часть уравнения, «ядро памяти», симметрична во времени.

Также обнаружилась небольшая, но важная деталь, которая обычно упускалась  из виду — появился прерывистый во времени фактор, который сохранял свойство симметрии во времени нетронутым. Такой математический механизм в уравнении физики  наблюдать было необычно, так как он не является непрерывным, и для ученых было очень удивительно видеть, как он возник так естественно. 

Таким образом, это исследование предлагает свежий взгляд на одну из самых больших загадок в физике. Понимание истинной природы времени может иметь глубокие последствия для квантовой механики, космологии,  и не только.