Довод против стрелы времени: опыт показал, что на квантовом уровне процессы текут в будущее и в прошлое одновременно

[+S.T.A.L.K.E.R 27,522]

Из-за квантовой суперпозиции ход времени в микромире не имеет определённого направления — исчезает грань между причиной и следствием.

Разрушение суперпозиции состоянии при взаимодействии с окружением с течением времени Изображение Joint Quantum Institute

Группа физиков из Великобритании, Австрии и Испании обнаружила, что на уровне отдельных микрочастиц время течёт сразу в будущее и в прошлое — то есть, оно находится в состоянии суперпозиции без какого-либо выделенного направления. И только при переходе к большему количеству частиц время обретает определённое направление — процессы начинают идти из прошлого в будущее. Об этом учёные пишут в журнале Nature.

На уровне повседневной реальности тела «движутся» из прошлого в будущее, создавая направленную стрелу времени. Последнее на языке термодинамики выражается через рост энтропии — грубо говоря, через повышение беспорядка. Например, если на столе в лужице воды лежит подтаявший кубик льда — то с течением времени лёд может только таять всё больше и больше.

Стройная кристаллическая решётка льда будет всё сильнее разваливаться и переходить в бесформенную лужицу, пока полностью не «расползётся» в воду. Это и есть рост энтропии кубика льда, который задаёт ходу времени направление из прошлого (меньший беспорядок) в будущее (больший беспорядок). Обратное развитие событий практически невозможно в повседневной реальности — бесформенная лужица воды не может собраться в кубик льда, поэтому стрела времени не может «развернуться назад».

Однако исследование европейских физиков показывает, что на уровне микрочастиц энтропия с равным успехом как нарастает, так и убывает. Если перенести подтаявший кубик льда в квантовый мир — он будет и таять ещё сильнее (как в повседневной реальности), и собираться из лужицы обратно в кубик. Причём одновременно.

Другими словами, ход времени находится в квантовой суперпозиции, когда совмещаются совершенно разные, даже взаимоисключающие состояния. Процессы на квантовом уровне будто «не понимают», в каком направлении им развиваться, и потому двигаются по всем возможным сценариям сразу. Понятия причин и следствий теряют свой смысл — их больше нельзя выстроить в последовательную цепочку. Время «перестаёт быть стрелой».

Результаты замеров энтропии для обратного (слева) и прямого (справа) хода времени Изображение авторов исследования

Физики убедились, что это действительно так, поставив эксперимент с квантовой системой из отдельных микрочастиц. Учёные множество раз «оставляли их на произвол судьбы» в изолированной камере, после чего замеряли уровень их энтропии. И оказалось, что микрочастицы с одинаковой вероятностью обретали как большую энтропию, так и меньшую — то есть, двигались во времени как в будущее, так и в прошлое. Квантовый кубик льда одновременно и таял, и собирался обратно.

Почему время идёт из прошлого в будущее

Суперпозиция хода времени существует лишь на очень и очень малых масштабах — кубик льда, чтобы одновременно таять и восстанавливаться из воды, должен состоять всего из нескольких частиц. Чем больше частиц — тем сильнее начинает доминировать одно из направлений хода времени. Как говорят авторы исследования, в игру вступает статистика: когда речь заходит о большом количестве частиц, процессы начинают течь в сторону более вероятных состояний. Для кубика льда это состояние бесформенной лужи на столе.

Это можно выразить иначе: на квантовом уровне времени в привычном понимании не существует вовсе, так что отдельные микрочастицы могут «двигаться и в будущее, и в прошлое». Но в больших телах микрочастицы начинают «тащить» друг друга в одном энергетически выгодном направлении — в сторону роста энтропии, создавая иллюзию стрелы времени. Потому люди никогда не видят, как кубики льда собираются из луж воды, а разбитые чашки заскакивают обратно на стол в целости.

Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time’s arrows

WWW.NATURE.COM

---

When watching a movie of a physical process, one can conjecture whether it is running forward or backward in time by examining key physical...

 

In the quantum realm, not even time flows as you might expect

PHYS.ORG

---

A team of physicists at the Universities of Bristol, Vienna, the Balearic Islands and the Institute for Quantum Optics and Quantum Information...