2899
У квантовій механіці існує незвичайна теоретична можливість, за якої система може поводитися так, ніби час пішов назад. Однак цей ефект має суворі обмеження: фізики Якір Ааронов та Авшалом Еліцур математично встановили, що в найпростішій моделі зворотний плин часу може тривати лише близько однієї фемтосекунди — квадрильйонної частки секунди.
Вчені наголошують, що йдеться не про подорожі в минуле і не про буквальне повернення часу для всього Всесвіту. Мова про специфічний квантовий ефект, за якого окрема система може демонструвати поведінку, еквівалентну від’ємному проміжку часу.
Як можна імітувати рух часу назад
Ідея ґрунтується на квантовій суперпозиції — явищі, за якого система може одночасно перебувати в комбінації кількох можливих станів. Уявімо квантовий годинник, який ніби розташований у двох точках із різною силою тяжіння. Згідно з теорією відносності, у цих умовах час для нього спливав би з різною швидкістю.
Якщо звести обидва можливі стани докупи, вони можуть взаємодіяти між собою через квантову інтерференцію. Завдяки спеціальному відбору результатів, який фізики називають постселекцією, система теоретично здатна поводитися так, ніби зазнала більшого, меншого або навіть від’ємного проміжку часу.
Цю концепцію ще 1990 року запропонував Якір Ааронов разом із колегами. Тепер він разом із Авшаломом Еліцуром дослідив математичні обмеження такого ефекту.
Як довго може тривати зворотний плин часу і чи суперечить це законам термодинаміки
Щоб перевірити, чи справді час можна умовно розвернути, дослідники розглянули процес спонтанного випромінювання атомами світла. У звичайних умовах збуджений атом вивільняє енергію у вигляді фотона й переходить у стан із нижчим рівнем енергії.
Фізики змоделювали ситуацію, за якої квантова машина могла б частково скасувати цей процес і повернути атоми до збудженого стану. Для цього необхідно зберегти квантову когерентність — властивість, яка дає змогу різним можливим станам системи взаємодіяти між собою.
Перешкодою стає навколишнє середовище. Під час випромінювання світла атоми взаємодіють з електромагнітним полем, а інформація про ці процеси поступово накопичується. Через це необхідна для зворотного ефекту квантова когерентність зберігається лише обмежений час. У найпростішій моделі, розглянутій науковцями, це вікно становить приблизно одну фемтосекунду.
Дослідники також розглянули можливу суперечність із другим законом термодинаміки, згідно з яким ентропія ізольованої системи не зменшується. Саме цей закон пояснює, чому більшість звичних фізичних процесів мають незворотний напрямок. За висновками фізиків, квантовий ефект цього принципу не порушує. Умовне повернення часу назад можливе лише для дуже обмеженої частини результатів, відібраних за допомогою постселекції. Якщо ж врахувати всі можливі результати, загальна поведінка системи й надалі відповідатиме другому закону термодинаміки.
Робота Ааронова та Еліцура поки що має теоретичний характер: ідеться про математичну модель, а не про експериментально створену машину часу. Її значення полягає передусім у спробі пояснити, чому квантові системи можуть демонструвати незвичайні часові ефекти, але навколишнє середовище зрештою повертає їх до звичної незворотності.
На думку авторів дослідження, розуміння цих обмежень може допомогти фізикам краще з’ясувати походження так званої стріли часу — того, чому в повсякденному світі минуле відрізняється від майбутнього.
Джерело: tsn.ua
