Час здається нам найстабільнішою величиною у Всесвіті...
Він завжди рухається в одному напрямку: від минулого до майбутнього. Ми звикли до цієї логіки настільки, що навіть не ставимо її під сумнів. Та фізика знову зробила крок, який змушує засумніватися у звичних уявленнях про реальність. У квантовому експерименті вчені вперше зафіксували явище, яке отримало назву «негативний час».
Під час дослідження фізики спостерігали за фотонами — частинками світла — у взаємодії з хмарою надзвичайно холодних атомів. Результат виявився парадоксальним: світло ніби виходило з цієї системи ще до того, як було поглинуте атомами. У вимірюваннях це виглядало так, ніби фотони витратили від’ємну кількість часу на проходження через середовище. Для класичної фізики така поведінка здається неможливою.
Пояснення цього феномена лежить у самій природі квантової механіки. На мікрорівні частинки можуть перебувати в стані суперпозиції, коли кілька можливих станів існують одночасно. У таких умовах взаємодія світла і матерії не вкладається у звичну часову послідовність. Саме це і створює ефект, який виглядає як рух часу у зворотному напрямку.
Вчені одразу наголошують: мова не йде про фантастичні подорожі в минуле чи можливість змінювати історію. «Негативний час» не порушує причинно-наслідкових зв’язків у нашому макросвіті. Він лише показує, наскільки складною і нелінійною може бути поведінка часу у квантових процесах.
Подібні ідеї з’являлися і раніше. Фізики з Федерального університету АВС у Бразилії провели експеримент, який демонстрував оборотність часу через теплові процеси. Вони створили систему з атомів вуглецю і водню, заздалегідь поєднавши їх у стані квантової заплутаності. За допомогою ядерно-магнітного резонансу дослідникам вдалося зафіксувати аномальний тепловий потік.
«Ми спостерігали спонтанний потік тепла, спрямований від холодної системи до теплої», — зазначають фізики університету АВС.
У звичайних умовах це суперечить другому закону термодинаміки, згідно з яким тепло поширюється від гарячого до холодного, а ентропія системи зростає. Саме з ентропією пов’язують напрям так званої «стріли часу» — поняття, яке пояснює, чому минуле і майбутнє не міняються місцями. Термін увів фізик Артур Еддінгтон, пов’язавши його з наростанням невпорядкованості у Всесвіті.
Деякі науковці припускають, що на початку існування Всесвіту енергія була розподілена рівномірно, а зростання ентропії з часом і визначило знайомий нам напрям подій. Квантові експерименти дозволяють зазирнути в глибину цих процесів і зрозуміти, як час пов’язаний із заплутаністю, інформацією та фундаментальними законами природи.
Ці відкриття мають не лише філософське значення. Краще розуміння взаємодії світла і матерії може вплинути на розвиток квантових комп’ютерів, систем зв’язку та нових технологій, про які ми поки лише здогадуємося. Квантовий світ знову доводить, що інтуїція, сформована повсякденним досвідом, тут майже не працює.
Явище «негативного часу» змушує інакше поглянути на саму природу часу. Те, що здається неможливим у звичній реальності, на квантовому рівні виявляється допустимим. І що глибше фізики занурюються в ці дослідження, то більше питань виникає про устрій Всесвіту і межі нашого розуміння.
Читай також:
