Времето не съществува, то може да не е основен елемент от нашата физическа реалност, се казва в ново проучване, публикувано в престижното списание Physical Reviews A на Американското физическо дружество.

Знаеше се, че в света на елементарните частици времето е външен параметър, а не присъщ феномен на Вселената, както Алберт Айнщайн го разбира в своята теория на относителността. 

Новите изчисления на екип физици подкрепят идеята, че то възниква от квантовото вплитане - когато две частици са свързани помежду си, т.е. имали са някакво общо минало, тогава те си остават свързани завинаги, даже ако са се отдалечили една от друга на милиони километри. По този начин могат да се обединят двете основни физически теории: Общата теория на относителността и квантовата механика.

"Векове времето винаги е било съществен елемент във физиката и никой не се е съмнявал в това. Това е толкова дълбоко вкоренено в нашата представа за реалността, че повечето хора смятат, че не е необходима дефиниция за време", отбелязва Алесандро Копо (Alessandro Coppo) от Националния изследователски съвет на Италия.

Но тази представа започва да се променя в началото на 20-ти век, когато теориите на квантовата физика и Общата и Специалната теория на относителността представят противоречиви възгледи за времето. Векове сме възприемали времето като нещо реално, източник на причинно-следствената връзка. Но в квантовата физика се нарушава и принципа на причинността.

В Общата теория на относителността времето е преплетено в тъканта на Вселената – нашата физическа реалност е разположена в пространство-времето.

Според тази теория времето може да се деформира и разширява заради гравитацията. Но квантовата теория третира времето като нещо, което не е пластично и не се променя като другите свойства на квантов обект - регистрирането на това, което става с него, изисква наблюдател с часовник, външен за този обект.

Общата теория на относителността и квантовата теория описват обекти в много различни мащаби, като звезди и атоми, но тъй като всички те съществуват в една и съща вселена, много физици са убедени, че концепцията за времето трябва да бъде една и съща и за двете теории. Копо и колегите му се опитват да намерят такова единно понятие.

За да стигнат дотам, те подлагат на няколко математически теста обещаваща, но странна идея от 80-те години на миналия век. В основата ѝ е предположението, че когато видим как даден обект се променя с течение на времето, това е само защото този обект е вплетен с часовник. Това означава, че истински външен наблюдател, стоящ извън вплетената система, ще види напълно статична, непроменлива Вселена. В рамките на тази отправна система времето не е даденост, а чисто следствие от вплитането.

В своя математически модел Копо и колегите му представят часовника като система от теоретични малки магнити, които са вплетени с квантов осцилатор или квантова версия на пружина. Изследователите са ги избрали като модели, защото са добре изучени математически, така че авторите са направили ясен теоретичен тест, подготвяйки сцената за възможни експериментални тестове по-късно.

Изследователите откриват, че тяхната система може да бъде описана чрез версия на известното уравнение на Шрьодингер, което се използва за предсказване на поведението на квантовите частици - с една съществена разлика. Където уравнението на Шрьодингер съдържа променливата "време", новото уравнение има променлива, която изброява квантовите състояния на магнитите.

След това изследователите повтарят същото изчисление, но с предположението, че магнитите и осцилаторът са достатъчно големи, за да не променят квантовите ефекти тяхното поведение.

Те смятат, че времето може да бъде следствие от вплитане дори за обекти, които изглеждат по-скоро класически, отколкото квантови. И се оказват прави.

Техните уравнения съвпадат с тези, които физиците използват, за да предскажат поведението на класически обекти, толкова прости като търкалящите се топки за боулинг от 19 век. Но все пак променливата, която отбелязва всеки етап от поведението на осцилатора, е страничен продукт от квантовото вплитане.

"Те свързват квантовото и класическото време", коментира Базил Алтай (Basil Altaie) от Университета в Лийдс, Великобритания.

Фактът, че изследователите са изучавали конкретна и специфична система и са излезли с променлива, която съответства на конвенционалното време, може дори да означава, че единственият начин, по който трябва да мислим за времето, е като произтичащо от квантовостта според професор Алтай.

Копо и колегите му споделят това мнение – вплитането съществува само в квантовата теория и тяхната работа предполага, че съществуването на време произтича от него.

"Вярваме, че природата е наистина квантова", подчертава Копо.

Това може да означава, че ако възприемаме потока на времето, тогава във физическия свят има някакво вплитане. И един наблюдател във вселена, лишена от вплитане (както някои теории предполагат, че нашата е била в самото си начало) не би видял нищо да се променя. Всичко би било статично.

Сега най-големият въпрос е дали можем да тестваме някоя от тези идеи. Влатко Ведрал (Vlatko Vedral) от Оксфордския университет казва, че идеята за времето, произтичащо от квантовото вплитане, е обещаваща, но може да се наложи да се добавят повече подробности, преди да можем напълно да разберем какво точно е времето – и да започнем да го изследваме експериментално. Първо, това изследване предполага, че двете вплетени системи не си взаимодействат, но това може не винаги да е реалистично, отбелязва Ведрал.

Може дори да се наложи часовникът и другият обект да си взаимодействат, за да се вплитат изобщо. Разбирането какво се случва с времето, което възниква от това вплитане, когато часовникът и другият обект продължават да си взаимодействат, може допълнително да се окаже решаващо за формулирането на подлежащи на проверка теории за квантовата гравитация, препоръчва Ведрал.

Справка: Magnetic clock for a harmonic oscillator, Alessandro Coppo, Alessandro Cuccoli and Paola Verrucchi, Phys. Rev. ©2024 American Physical SocietyA 109, 052212 – Published 10 May 2024; DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.109.052212 

Източници:

Time may be an illusion created by quantum entanglement, New Scientist

Un nuevo modelo físico demuestra que el tiempo es una ilusión que no existe, Еl Сonfidencial

Въведение в квантовото вплитане

Идеята за неопределеността е фундаментална за света на квантовата механика. Не можем да измерваме всички характеристики на една система едновременно, без значение колко перфектен е експериментът. Копенхагенската интерпретация на Нилс Бор ефективно ни показва, че самият акт на измерване избира характеристиките, които се наблюдават.

Вплитането е доста странно свойство на квантовата механика. Ако два електрона, например, бъдат изхвърлени от квантова система, тогава законите за запазване на импулса ни казват, че импулсът е равен и противоположен на този на другия. Въпреки това, според Копенхагенската интерпретация, нито една частица няма да има определено състояние, докато не бъде измерена. Когато се измери импулса на едната, това ще определи състоянието и импулса на другата частица, независимо от разстоянието между тях.

Основното:

1. Когато две субатомни частици взаимодействат една с друга, техните състояния стават взаимозависими – те се вплитат.
2. Те остават свързани дори когато са физически разделени (дори на огромни разстояния като различни галактики).
3. Манипулирането на една частица незабавно променя другата.
4. Измерването на свойствата на една частица ни дава данни за другата.

Това е известно като нелокално поведение, въпреки че Айнщайн го нарича "призрачно действие от разстояние". През 1935 г. Айнщайн заявява, че има скрити променливи, които го правят ненужно. Той твърди, че за да може една частица да повлияе на друга, ще е необходим сигнал, по-бърз от светлината между тях. Това е забранено според неговата Специалната теория на относителността.

Теорема на Бел:

През 1964 г. физикът Джон Стюарт Бел предлага експеримент, който разглежда въпроса дали вплетените частици действително комуникират помежду си по-бързо от скоростта на светлината. Той представя случай на свързани електрони, един със спин нагоре и един със спин надолу. (Спинът се отнася до ъгловия импулс на електроните). Според квантовата теория двата електрона са в суперпозиция на състояния, докато не бъдат измерени. Всеки един от тях може да има спин нагоре или надолу. Но докато измервате спина на единия електрон, знаете, че другият трябва да има обратния спин.

Формулите, получени от Бел, наречени неравенства на Бел, определят колко често спинът на една частица трябва да корелира със спина на другата частица, ако бъде включена нормалната вероятност, която всъщност се противопоставя на квантовото заплитане. Статистическото разпределение доказва математически, че Айнщайн не е бил прав и че има мигновена връзка между вплетените частици. Според физика Фритьоф Капра, теоремата на Бел описва как Вселената е "фундаментално взаимосвързана".

В заключение, квантовата сфера не е обвързана от правилата на локалността. Когато две частици претърпят вплитане, те са ефективно една система, която има една квантова функция.