Fizicienii au descoperit dovezi ale a două săgeți ale timpului care apar din tărâmul cuantic

Imaginați-vă o lume în care o ceașcă spartă poate fi pusă la loc și laptele vărsat poate fi returnat într-un pahar. La nivelul realității cotidiene, acest lucru pare absurd. Dar la nivel cuantic, după cum au descoperit cercetătorii de la Universitatea din Surrey, timpul poate curge atât înainte, cât și înapoi cu aceeași probabilitate.

Timp de secole, oamenii de știință s-au nedumerit în legătură cu așa-numita săgeată a timpului – ideea că timpul se mișcă ireversibil din trecut în viitor. Acest lucru este evident în viața noastră de zi cu zi. Dar legile fundamentale ale fizicii, destul de ciudat, nu dau preferință nici uneia dintre direcții. Ecuațiile funcționează la fel, indiferent dacă timpul se mișcă înainte sau înapoi.

Dr. Andrea Rocco, profesor asociat la Departamentul de Fizică și Biologie Matematică de la Universitatea din Surrey și autorul principal al studiului, explică acest mister cu un exemplu simplu. Când te uiți la laptele vărsat pe masă, înțelegi imediat că timpul merge înainte. Dacă ar fi să jucați această scenă invers, ca într-un film, ați observa instantaneu captura – laptele nu se adună înapoi în pahar. Cu toate acestea, există procese, cum ar fi mișcarea unui pendul, care par la fel de plauzibile atât în ​​direcția înainte, cât și în cea inversă. Misterul este că la cel mai fundamental nivel, legile fizicii sunt mai mult ca un pendul – nu iau în considerare procesele ireversibile. Noile cercetări sugerează că, deși experiența de zi cu zi ne spune că timpul se mișcă doar într-o direcție, pur și simplu nu realizăm că direcția opusă ar fi la fel de posibilă.

Lucrarea, publicată în revista Scientific Reports, a examinat modul în care un sistem cuantic – o lume de particule subatomice – interacționează cu mediul său. Fizicienii numesc acest fenomen „sistem cuantic deschis”. Cercetătorii au întrebat de ce percepem timpul ca mișcându-se într-o singură direcție și această percepție provine din însăși mecanica sistemelor cuantice deschise?

Pentru a ușura lucrurile, echipa a făcut două ipoteze cheie. În primul rând, au „redus la zero” vastul mediu în așa fel încât să se poată concentra doar asupra sistemului cuantic însuși. În al doilea rând, ei au sugerat că mediul – ca și întregul univers – este atât de mare încât energia și informațiile sunt iremediabil disipate în el. Această abordare le-a permis să testeze modul în care timpul apare ca un fenomen unidirecțional, chiar dacă la nivel microscopic, timpul s-ar putea mișca teoretic în ambele direcții.

Și apoi s-a întâmplat neașteptat. Chiar și după aplicarea acestor ipoteze, sistemul s-a comportat în același mod, indiferent dacă timpul mergea înainte sau înapoi. Această descoperire a oferit o justificare matematică pentru ideea că simetria inversării timpului este păstrată chiar și în sistemele cuantice deschise. Cu alte cuvinte, săgeata timpului poate să nu fie atât de fixă ​​pe cât o percepem noi.

Thomas Guff, un bursier postdoctoral care a efectuat calculele, admite că cea mai surprinzătoare parte a proiectului a fost că, chiar și după simplificarea ecuațiilor care descriu sisteme cuantice deschise, ecuațiile s-au comportat la fel atunci când sistemul s-a deplasat înainte sau înapoi în timp. Când au lucrat cu atenție matematica, au descoperit că acest comportament era inevitabil, deoarece partea cheie a ecuației – așa-numitul „nucleu de memorie” – era simetric în timp. Cercetătorii au descoperit și un detaliu mic, dar important, care este de obicei trecut cu vederea: a apărut un factor de discontinuitate a timpului care păstrează intactă proprietatea simetriei timpului. Potrivit lui Guff, a vedea un astfel de mecanism matematic într-o ecuație fizică este neobișnuit, deoarece nu este continuu și a fost foarte surprinzător să-l vezi apărând atât de natural.

Acest studiu oferă o nouă privire asupra unuia dintre cele mai mari mistere ale fizicii. Înțelegerea adevăratei naturi a timpului ar putea avea implicații profunde pentru mecanica cuantică, cosmologie și nu numai. Dacă timpul este cu adevărat simetric la un nivel fundamental, atunci percepția noastră asupra ireversibilității sale poate fi nimic mai mult decât o iluzie generată de scara noastră macroscopică și de interacțiunea cu vastul nostru mediu.

Întrebarea care rămâne fără răspuns poate fi formulată după cum urmează: dacă timpul cuantic curge la fel de ușor în ambele direcții, de ce vedem o singură direcție în lumea noastră de zi cu zi? Unde are loc exact trecerea de la simetria lumii microscopice la unidirecționalitatea experienței macroscopice? Și această simetrie cuantică ar putea fi folosită într-o zi pentru controlul practic în timp, chiar și la scara particulelor individuale? Cercetătorii continuă să caute răspunsuri. Între timp, timpul așa cum îl cunoaștem își continuă alergarea inexorabilă înainte – chiar dacă în spatele vălului realității cuantice este gata să curgă în direcția opusă.