Доказаха съществуването на Вселена с обратен ход на времето

Физици от Великобритания и Канада съобщиха, че в резултат на Големия взрив освен нашата Вселена може да е възникнала и друга, в която времето тече в обратна посока.

Принципно съвременните физични теории (уравненията, които ги описват) на фундаментално ниво не предполагат разделяне на посоката на времето.

Но началните условия, влияещи на техните решения, задават посока на разпространението на времето.

Новото изследване на учените демонстрира, че с прост физичен пример може да се види двупосочно развитие на времето в динамиката на системата.

Физиците изследвали системата N масивни тела (N=1000), взаимодействащи според класическия закон на привличането на Нютон.

Учените предположили, че пълната им енергия (кинетична и потенциална) и пълният ъглов момент са равни на нула. Както показало компютърното моделиране, в далечно бъдеще такава система трябва да се разпадне на слабо взаимодействащи подсистеми, състоящи се от двойка маси – елементи на Кеплеровата динамика.

Симетрията на времето в експеримента на учените намерила отражение в качествена симетрия около централната област на изображението, в което разпределението на частиците е максимално равномерно. Посоката на времето, посочено със стрелка на оста, се явява условна (тя може да се смени с противоположна).

Изборът на посока на времето може да се свърже с протичане на разрушение на структурата чрез възникване на нееднородности при минимални размери с последващо разширение и формиране на структури във вид на Кеплерови двойки (на изображението те са показани във вид на примки).

Разпределение на масите в експеримента на учените.
© APS/Alan Stonebraker

Вътрешните наблюдатели, намиращи се в една от централните области, биха сметнали такава динамика за движение в миналото.

Както установили учените, глобално разглежданата от тях система е симетрична във времето, но локално тя има стрела на времето. Затова учените въвели параметъра CS, който характеризира степента на нееднородност и клъстеризация на системата.

Той има минимум размер при минимален размер на клъстера и приблизително равномерно расте в двете посоки на времето от този минимум. Получава се, че макар глобалното време да е симетрично, то е локално, но това не е така. Според изследователите изводът им се явява нов, а посоката на времето не е задължително да се свързва с началните условия.

В класическата физика времето и триизмерното пространство са независими. В квантовата механика времето се явява параметър, докато координатите в триизмерното пространство допускат процедура по квантуване – те може да съответстват на оператор и се явяват наблюдаеми.

В релативисткото обобщение на класическата механика – специалната теория на относителността (СТО) – времето и пространството са свързани в единно четириизмерно пространство-време и се явяват почти равноправни. Тази концепция получава бъдещо развитие в квантовата теория на полето, обединяваща СТО и квантовата механика, а също и общата теория на относителността (ОТО), явяваща се разпространение на идеите на СТО върху гравитационните явления.

За разлика от споменатите науки в термодинамиката съществува изразеност на посоката на времето (т.нар. стрела на времето). Това е свързано с протичането на процеси, които намаляват реда на системата (увеличават ентропията) – посоката на времето съвпада с посоката на нарастване на ентропията.

Един от създателите на статистическата физика – Лудвиг Болцман – за да обясни защо преди стойността на ентропията е била по-ниска от сега, е издигнал хипотеза, според която видимата Вселена представлява флуктуация в някаква равновесна (с ниска ентропия) система.

В този случай посоката на времето трябва да съвпада с посоката на изменение на ентропията, връщаща я към равновесна стойност. Повечето физици не се съгласили с Болцман, тъй като преценили, че ако той е прав, размерите на такъв свят не може да превишават размерите на галактиката или на Слънчевата система.

Но статистическата интерпретация на термодинамиката може (в известен смисъл) да премахне изразеността на посоката на времето в термодинамиката и да я съотнесе към квантовата теория на полето. Последната може да се получи от статистическата механика посредством замяна на обратната температура на мнимото време.

„Термодинамиката е единствената физична теория, за която съм убеден, че в рамките на приложимост на основните ѝ понятия тя никога няма да бъде опровергана“ – така казва Айнщайн за термодинамиката. Макар преходът към мнимо време да премахва въпроса за посоката на времето в термодинамиката, едновременно той повдига множество други, присъщи на квантовата теория на полето.

Новата работа на учените не е решила проблема със стрелата на времето. Тяхната работа не е в състояние да обясни защо например разпадащите се радиоактивни ядра не се събират отново. Според физиците може да е необходимо да се извърши голяма работа, за да се сведат тези въпроси към задачата за гравитационното взаимодействие в простата система, разглеждана от авторите на изследването.

Резултатите са публикувани в изданието Physical Review Letters.