Если чашка с водой опрокидывается, жидкость разливается по полу и не возвращается обратно в сосуд. Мы не можем представить, чтобы каждая молекула воды точно повторила свой путь назад – это означало бы обращение времени вспять, что, насколько известно, невозможно. Вода либо пролилась, либо нет, но если это произошло, вернуть её назад уже нельзя.
Таким образом, наше восприятие времени асимметрично. Мы помним прошлое, но не будущее, и разлитая вода не собирается обратно в чашку – так же, как и выпущенная стрела не возвращается в лук. В повседневной жизни ” стрела времени ” движется только в одном направлении – вперёд.
“Мы знаем, что это часть нашего опыта”, – отмечает Андреа Рокко , теоретический физик из Университета Суррея в Англии. Однако происхождение этой асимметрии остаётся не до конца понятным. Большинство математических моделей, описывающих физический мир, не делают различий между движением времени вперёд и назад – обе возможности выглядят равноправными с точки зрения уравнений.
Более того, само понятие времени становится иллюзорным в отсутствие изменений. Представьте чашку воды, находящуюся в идеальном изолированном контейнере, плавающем в космосе. Этот объект останется неизменным независимо от того, когда его изучать – пять лет назад или через пять тысячелетий. Как в таком случае определить направление стрелы времени внутри замкнутой системы? В изолированных системах время считается симметричным, и лишь под влиянием внешней среды эта симметрия нарушается – например, если вода испаряется или чашка опрокидывается.
Однако полностью замкнутых систем не существует: даже если изолировать чашку воды, молекулы всё равно будут хаотически перемещаться из-за микроскопических эффектов. Эти случайные изменения могут нарушать временную симметрию, создавая некий “космический таймер”. Откуда же берётся это расхождение и насколько корректны существующие физические модели, описывающие время?
Эти вопросы обсуждаются давно, и учёные по-разному подходили к их решению. Однако Рокко и его коллеги пересмотрели математические основы проблемы, предложив новую интерпретацию временной асимметрии. Их исследование, опубликованное в Scientific Reports , предполагает существование не одной, а двух противоположных стрел времени в открытых квантовых системах.
Представьте чашку воды, балансирующую на острие ножа: она может опрокинуться в любую сторону, при этом оба варианта соответствуют разным направлениям стрелы времени. Однако независимо от того, в какую сторону падает чашка, результат один и тот же – разлившаяся вода. С математической точки зрения оба варианта сохраняют симметрию. “Мы живём во Вселенной, где время движется только вперёд, – поясняет Рокко. – Но уравнения движения допускают возможность того, что Вселенная могла бы развиваться и в противоположном направлении”.
Таким образом, две стрелы времени возникают спонтанно в открытых квантовых системах, а не задаются окружающей средой. Это противоречит традиционному взгляду, согласно которому внешняя среда определяет направление времени.
Исследование добавляет новые вопросы к дискуссии о природе времени . Микеле Кампизи , теоретический физик из Итальянского национального исследовательского совета, считает работу смелой, но отмечает, что она делает происхождение стрелы времени субъективным. По его мнению, этот эффект – следствие приближённых моделей, зависящих от интерпретации квантовой механики. Если смотреть на систему более глобально, можно рассматривать её как часть ещё более крупной изолированной структуры, где временная асимметрия вообще не возникает.
Физик Джеймс Крессер соглашается, что квантовый мир остаётся загадкой. Он отмечает, что работа Рокко ставит под сомнение устоявшееся мнение, что уравнения, описывающие диссипативные процессы (такие как испарение воды), не являются обратимыми во времени.
Пролившаяся вода напоминает явление декогеренции в квантовой механике и термодинамике, когда система теряет информацию. В данном случае это информация о точном расположении молекул воды в чашке. Такие процессы считаются необратимыми, поскольку начальное состояние становится несущественным для конечного результата. Однако, как поясняет Николь Юнгер-Халперн , физик из Национального института стандартов и технологий, даже эта интерпретация зависит от наших ожиданий. Если бы мы увидели два фильма – в одном вода проливается, а в другом возвращается обратно в чашку, мы бы сочли второй вариант невозможным. Так возникает ощущение асимметрии времени – но, возможно, это лишь иллюзия.
В конечном итоге, возможно, само время – это лишь “конструкция”, созданная нашим мозгом, чтобы упорядочить события, предполагает Крессер. Но сами события не зависят от этой конструкции. Мы просто используем одну временную модель вместо другой.
Если так, вопросы о природе времени могут навсегда остаться без ответа – делая их, по сути, вне времени. “Мы неразрывно связаны со временем – это фундаментальная часть нашего существования, от которой мы не можем избавиться”, – заключает Крессер.