Две стрелы времени: ученые обнаружили, что в квантовом мире будущее и прошлое могут меняться местами

Мы привыкли считать время неумолимым. Оно течет только вперед, и это кажется таким же незыблемым, как гравитация или смена дня и ночи. Детство сменяется юностью, юность — зрелостью, разбитая чашка никогда не соберется в единое целое, и молоко, разлившееся по столу, не вернется обратно в стакан. Это аксиома, основа нашего восприятия реальности. Но что, если аксиома неверна? Что, если на самом фундаментальном уровне мироздания время может течь в любую сторону, а наша уверенность в его однонаправленности — всего лишь иллюзия, порожденная масштабом нашего существования?

Группа физиков из Университета Суррея задалась вопросом, откуда вообще берется эта необратимость. И пришла к выводу, который способен перевернуть не только физику, но и само наше понимание устройства Вселенной. В квантовой реальности, где частицы существуют в нескольких состояниях одновременно, для времени не существует запретных направлений.

Загадка, над которой бились столетиями

Классическая физика давно заметила странное противоречие. Законы движения, открытые Ньютоном, уравнения, описывающие колебания маятника или движение планет, прекрасно работают как в одну, так и в другую сторону. Если снять на видео идеальный маятник без трения, а потом пустить пленку задом наперед, никто не заметит подвоха. Уравнения этого не запрещают.

Но в реальной жизни мы никогда не видим, чтобы маятник сам собой начинал раскачиваться сильнее, забирая энергию из ниоткуда. Мы не видим, чтобы пепел взлетал с пола обратно в сигарету, а разбитое яйцо собиралось в скорлупу. Почему макроскопический мир упрямо движется в одну сторону, если микроскопические законы этого не требуют?

Это противоречие мучило физиков больше ста лет. И только сейчас исследователи, кажется, нащупали нить, ведущую к разгадке.

Квантовый мир не знает запретов

Ученые из Суррея изучали так называемые открытые квантовые системы — то есть микроскопические объекты, которые взаимодействуют с окружающей средой. А это всегда так: любая частица, любой атом постоянно обмениваются энергией и информацией со всем остальным миром.

Чтобы упростить задачу, исследователи сделали два допущения. Первое: окружающая среда настолько огромна, что энергия, уходящая в нее, теряется навсегда. Второе: можно рассматривать только саму квантовую систему, не просчитывая каждый атом гигантского окружения.

И тут началось самое интересное. Даже после всех упрощений уравнения вели себя одинаково независимо от того, двигалось время вперед или назад. Квантовая система не делала различий между прошлым и будущим.

Математика, которая удивила самих исследователей

Доктор Андреа Рокко и его коллега Томас Гуфф, проводившие исследование, признаются: они не ожидали такого результата. Ключевую роль сыграла так называемая функция памяти — математический объект, который описывает, как система помнит свои прошлые состояния. Эта функция оказалась симметричной во времени. То есть с точки зрения квантовой механики система может с равной вероятностью развиваться как в будущее, так и в прошлое.

Но самый удивительный сюрприз ждал в деталях. В уравнениях обнаружился разрывный фактор — нечто, нарушающее плавность, непрерывность процесса. Такие вещи в физике встречаются редко и обычно указывают на нечто фундаментальное. Этот фактор, словно страж на границе миров, сохранял временную симметрию нетронутой, не позволяя ей разрушиться под воздействием окружающей среды.

«Очень необычно видеть такой математический механизм в физическом уравнении, потому что он не является непрерывным, и было удивительно обнаружить его так естественно возникающим», — комментирует Гуфф.

Что это значит для нас

Пока рано говорить, что человечество научится путешествовать во времени. Речь идет о фундаментальном открытии, которое меняет наш взгляд на природу реальности. Исследование предполагает, что наша привычная стрела времени — не глобальный закон мироздания, а лишь локальное явление, возникающее из-за того, что мы часть огромной системы и воспринимаем мир слишком крупными кусками.

В квантовой же глубине, где правит вероятность и частицы существуют во всех состояниях сразу, время по-прежнему свободно. Оно может течь вспять, и для Вселенной это так же естественно, как движение вперед.

Работа опубликована в журнале Scientific Reports и уже вызвала оживленную дискуссию в научном сообществе. Если выводы подтвердятся, физикам придется пересмотреть основы квантовой механики и, возможно, ответить на вопрос, который еще вчера казался абсурдным: а что, если будущее уже существует, просто мы идем к нему не единственно возможным путем?