Хотя истинная природа времени до сих пор ускользает от физиков, новая теоретическая модель предполагает, что время — это иллюзия, вызванная в нашем измерении квантовой запутанностью. С этой точки зрения, наблюдатель за пределами нашей Вселенной воспринимал бы ее как статичную и неизменную, в то время как с нашей стороны она казалась бы подверженной временному эффекту. Другими словами, время не было бы фундаментальной величиной нашей физической реальности.
С точки зрения классической физики, время считается существенной переменной, которую нельзя поставить под сомнение. Оно настолько глубоко укоренилось в нашем восприятии реальности, что раньше считалось излишним определять его истинную природу. Большая часть того, что мы знаем о времени, происходит из нашего внутреннего опыта. Например, наш мозг интерпретирует течение времени как череду мгновенных воспоминаний.
Однако этот относительно ограниченный взгляд был поставлен под сомнение, когда общая теория относительности Эйнштейна и квантовая механика дали разные определения времени. С точки зрения теории относительности, время интегрировано в саму структуру Вселенной. Наша физическая реальность разворачивается в ткани пространства-времени. Три измерения физического пространства объединены, как бы, с измерением времени, так что мы развиваемся в четырехмерной Вселенной. Происходящие события — это точки в этом пространстве-времени, которые могут быть искажены гравитацией.
В квантовой механике, с другой стороны, время является внешним и неизменным параметром, в отличие от других свойств квантовых объектов. Время рассматривается как следствие квантовой запутанности (или запутывания). Поэтому для регистрации его течения требуется измерение наблюдателем, внешним по отношению к запутанной системе. Квантовая запутанность — это явление, при котором два объекта настолько неразрывно связаны, что могут влиять друг на друга, независимо от расстояния между ними.
Учитывая, что общая теория относительности и квантовая механика описывают объекты в разных масштабах, но существующие в одной и той же Вселенной, физики считают, что концепция времени должна быть согласована между ними. В своем новом исследовании, описанном в журнале Physical Review A., ученые из Университета Флоренции и Ла Сапиенца (Италия) предлагают новую экспериментальную концепцию, изучающую квантовую природу времени. Более конкретно, их целью было установить мост между его квантовой и классической природой.
Мост между классической и квантовой природой времени
Гипотеза квантовой запутанности времени была впервые предложена физиками Доном Пейджем и Уильямом Вуттерсом в 1983 году. Идея заключается в том, что когда наблюдатель использует, например, фотон в качестве эталонных часов для наблюдения за запутанной парой, система эволюционирует со временем. Другими словами, наблюдатель видит, как на второй фотон влияет течение времени из-за его запутанности с первым, который действует как часы. Для наблюдателя, находящегося вне запутанной системы, она, напротив, будет казаться статичной. Это означает, что время — не переменная, а результат запутывания.
Чтобы изучить эту гипотезу, итальянские исследователи предлагают представить часы с помощью системы крошечных магнитов, спутанных с квантовым гармоническим осциллятором (системой, эволюция которой во времени является периодической). «Мы изучаем, как квантовая динамика трансформируется в поведение классического типа, когда макроскопические условия выполняются только часами или часами и эволюционирующей системой», — пишут они в своей работе.
Согласно их расчетам, новое уравнение не учитывает время как переменную, а принимает во внимание квантовые состояния магнитов. Расширив систему магнит-осциллятор до более крупных масштабов, они обнаружили, что время по-прежнему остается следствием запутанности, даже для объектов, которые кажутся скорее классическими, чем квантовыми.
Более того, несмотря на то, что их уравнение основано на квантовой природе времени, оно согласуется с уравнениями, используемыми с XIX века для описания поведения классических объектов, таких как простые железные гири. Такая последовательность наводит на мысль, что единственный способ определить время — считать его в основе своей квантовым.
Это означает, что если бы мы могли воспринимать течение времени, то наша реальность каким-то образом была бы связана с другим физическим измерением. С точки зрения стороннего наблюдателя во вселенной без запутанности, наша реальность будет казаться абсолютно статичной. Более того, некоторые теории предполагают, что наша вселенная была статичной с самого начала и поэтому лишена запутанности.
Эти результаты согласуются с результатами предыдущего эксперимента, показавшего возникновение времени в запутанной двухфотонной системе. Однако экспериментальная демонстрация предложенной новой концепции сталкивается с некоторыми серьезными проблемами. С другой стороны, в исследовании не изучалось, что произойдет с системой, если часы и осциллятор будут взаимодействовать друг с другом. Некоторые специалисты считают, что это, возможно, привело бы к появлению новых экспериментальных теорий квантовой гравитации.
