Физики пытались понять природу времени с самого начала этой области. Но новое теоретическое исследование предполагает, что время может быть иллюзией, сотканной на квантовом уровне.
Новое исследование предполагает, что время может быть не фундаментальным элементом Вселенной, а скорее иллюзией, возникающей из квантовой запутанности.
Время — сложная проблема для физиков; его противоречивое поведение в наших лучших теориях Вселенной создает тупиковую ситуацию, не позволяющую исследователям найти «теорию всего» или структуру для объяснения всей физики во Вселенной.
Но в новом исследовании ученые предполагают, что они, возможно, нашли ключ к решению этой проблемы: сделав время следствием квантовой запутанности , странной связи между двумя далеко расположенными частицами. Команда опубликовала свои выводы 10 мая в журнале Physical Review.
«Существует способ ввести время, которое согласуется как с классическими законами, так и с квантовыми законами и является проявлением запутанности», — сказал Live Science первый автор Алессандро Коппо, физик из Национального исследовательского совета Италии. «Корреляция между часами и системой создает возникновение времени, фундаментального ингредиента нашей жизни».
В квантовой механике, нашей лучшей теории микроскопического мира, время — это фиксированное явление — неумолимый, однонаправленный поток из прошлого в настоящее. Оно остается внешним по отношению к причудливым и постоянно меняющимся квантовым системам, которые оно измеряет, и его можно увидеть, только наблюдая изменения внешних сущностей, таких как стрелки часов.
Однако, согласно общей теории относительности Эйнштейна , описывающей более крупные объекты, такие как наши тела, звезды и галактики, время переплетено с пространством и может искривляться и расширяться на высоких скоростях или в присутствии гравитации. Это ставит две наши лучшие теории реальности в фундаментальный тупик. Без его разрешения последовательная теория всего остается недостижимой.
«Похоже, в квантовой теории есть серьезное противоречие», — сказал Коппо. «Это то, что мы называем проблемой времени».
Чтобы решить эту проблему, исследователи обратились к теории, называемой механизмом Пейджа и Вуттерса. Впервые предложенная в 1983 году, теория предполагает, что время возникает для одного объекта через его квантовую запутанность с другим, действующим как часы. Для незапутанной системы, с другой стороны, время не существует, и система воспринимает вселенную как замороженную и неизменную.
Применив механизм Пейджа и Вуттерса к двум запутанным, но невзаимодействующим теоретическим квантовым состояниям — одно из которых представляет собой вибрирующий гармонический осциллятор, а другое — набор крошечных магнитов, действующих как часы, — физики обнаружили, что их система может быть идеально описана уравнением Шредингера, которое предсказывает поведение квантовых объектов. Однако вместо времени их версия знаменитого уравнения работала в соответствии с состояниями крошечных магнитов, действующих как часы.
Это понимание не ново, но следующим шагом команды было. Они повторили свои вычисления дважды, предположив сначала, что магнитные часы, а затем гармонический осциллятор были макроскопическими (более крупными) объектами. Их уравнения упростились до уравнений классической физики, предполагая, что течение времени является следствием запутанности даже для объектов в больших масштабах.
«Мы твердо убеждены, что правильным и логичным направлением будет начать с квантовой физики и понять, как прийти к классической физике, а не наоборот», — сказал Коппо.
Другие физики выразили осторожность. Несмотря на то, что механизм Пейджа и Вуттерса показался им увлекательной идеей квантового происхождения времени, они заявили, что пока не удалось получить ничего проверяемого.
«Да, математически непротиворечиво думать о всемирном времени как о запутанности между квантовыми полями и квантовыми состояниями трехмерного пространства», — сказал Live Science Влатко Ведрал, профессор квантовой информатики Оксфордского университета, не принимавший участия в работе. «Однако никто не знает, выйдет ли из этой картины что-то новое или плодотворное — например, модификации квантовой физики и общей теории относительности и соответствующие экспериментальные проверки».
Несмотря на эти сомнения, построение фундаментальных теорий времени на основе квантовой механики может, тем не менее, стать многообещающей отправной точкой — при условии, что их можно будет адаптировать к экспериментам.
«Возможно, в запутанности есть что-то, что играет роль», — сказал Адам Франк , физик-теоретик из Университета Рочестера в Нью-Йорке, который не принимал участия в исследовании, в интервью Live Science. «Возможно, единственный способ понять время — не с точки зрения Бога, а изнутри, с точки зрения вопроса, что такого в жизни, что проявляет такую видимость мира».
Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
