Группа физиков из Великобритании, Австрии и Испании обнаружила, что на уровне отдельных микрочастиц время течет сразу в будущее и в прошлое — то есть, оно находится в состоянии суперпозиции без какого-либо выделенного направления. И только при переходе к большему количеству частиц время обретает определенное направление — процессы начинают идти из прошлого в будущее. Об этом ученые пишут в журнале Nature.

На уровне повседневной реальности тела "движутся" из прошлого в будущее, создавая направленную стрелу времени. Последнее на языке термодинамики выражается через рост энтропии — грубо говоря, через повышение беспорядка. Например, если на столе в лужице воды лежит подтаявший кубик льда — то с течением времени лёд может только таять всё больше и больше.

Стройная кристаллическая решетка льда будет все сильнее разваливаться и переходить в бесформенную лужицу, пока полностью не "расползется" в воду. Это и есть рост энтропии кубика льда, который задает ходу времени направление из прошлого (меньший беспорядок) в будущее (больший беспорядок). Обратное развитие событий практически невозможно в повседневной реальности — бесформенная лужица воды не может собраться в кубик льда, поэтому стрела времени не может "развернуться назад".

Однако исследование европейских физиков показывает, что на уровне микрочастиц энтропия с равным успехом как нарастает, так и убывает. Если перенести подтаявший кубик льда в квантовый мир — он будет и таять еще сильнее (как в повседневной реальности), и собираться из лужицы обратно в кубик. Причем одновременно.

Другими словами, ход времени находится в квантовой суперпозиции, когда совмещаются совершенно разные, даже взаимоисключающие состояния. Процессы на квантовом уровне будто "не понимают", в каком направлении им развиваться, и потому двигаются по всем возможным сценариям сразу. Понятия причин и следствий теряют свой смысл — их больше нельзя выстроить в последовательную цепочку. Время "перестает быть стрелой".

Screenshot_9.jpg

Физики убедились, что это действительно так, поставив эксперимент с квантовой системой из отдельных микрочастиц. Ученые множество раз "оставляли их на произвол судьбы" в изолированной камере, после чего замеряли уровень их энтропии. И оказалось, что микрочастицы с одинаковой вероятностью обретали как большую энтропию, так и меньшую — то есть, двигались во времени как в будущее, так и в прошлое. Квантовый кубик льда одновременно и таял, и собирался обратно.

Суперпозиция хода времени существует лишь на очень и очень малых масштабах — кубик льда, чтобы одновременно таять и восстанавливаться из воды, должен состоять всего из нескольких частиц. Чем больше частиц — тем сильнее начинает доминировать одно из направлений хода времени. Как говорят авторы исследования, в игру вступает статистика: когда речь заходит о большом количестве частиц, процессы начинают течь в сторону более вероятных состояний. Для кубика льда это состояние бесформенной лужи на столе.

Это можно выразить иначе: на квантовом уровне времени в привычном понимании не существует вовсе, так что отдельные микрочастицы могут "двигаться и в будущее, и в прошлое". Но в больших телах микрочастицы начинают "тащить" друг друга в одном энергетически выгодном направлении — в сторону роста энтропии, создавая иллюзию стрелы времени. Потому люди никогда не видят, как кубики льда собираются из луж воды, а разбитые чашки заскакивают обратно на стол в целости.