Уявлення про час як лінійну стрічку — з минулого в теперішнє і далі в майбутнє — є основою нашого повсякденного досвіду. Але у світі квантової фізики час, таким як ми його знаємо, може бути не фундаментальним. Нова теорія, запропонована науковцями з Університету Трієста (Італія), стверджує: колись давно, на самому початку, Всесвіт існував як сукупність можливостей, допоки не «склався» (колапсував) у єдину реальність. І саме цей момент дав початок часу.
У класичній фізиці речі поводяться передбачувано: якщо кинути м’яч, ми можемо точно обчислити, де й коли він приземлиться. Але в квантовій фізиці — світі елементарних частинок — панує імовірність. Замість конкретного результату квантові рівняння (наприклад, рівняння Шредінгера) передбачають розподіл ймовірностей.
Квантові об’єкти можуть перебувати в стані суперпозиції — вони існують у кількох можливих станах одночасно. Це як підкинута монета, що одночасно й орел, і решка, поки не впаде. У мікроскопічному масштабі це не здається дивним, але застосуйте це до макрооб’єктів — і виникає парадокс.
Щоб показати абсурдність ситуації, Ервін Шредінгер у 1926 році запропонував уявний експеримент: кіт у закритій коробці, життя якого залежить від квантової події, одночасно живий і мертвий до моменту спостереження. Але ж у реальності коти не можуть бути водночас живими й мертвими. Тож що змушує реальність обрати один варіант?
Згідно з новою теорією італійських науковців, спостерігача не потрібно. Колапс квантової суперпозиції може відбуватися спонтанно — система “вимірює” сама себе. Цей процес називається спонтанним колапсом.
Маленькі системи, як-от окремі атоми, можуть залишатися в суперпозиції тривалий час. Але чим більша система, тим вища ймовірність, що вона швидко колапсує у визначений стан. Всесвіт — найбільша можлива система — не міг залишатися в стані суперпозиції довго. Тож майже миттєво після Великого вибуху він “обрав” одну з можливих реальностей.
Це має глибокі наслідки для нашого розуміння часу. Якщо на початку весь Всесвіт був у квантовій суперпозиції — в якій майбутнє, минуле й теперішнє були нероздільними, — то стрілка часу виникла саме в момент спонтанного колапсу. До цього моменту не існувало ані причинності, ані послідовності подій у звичному нам сенсі.
Коли Всесвіт “обрав” одну реальність, він також породив напрямок часу. І тепер, у цій реальності, ми бачимо, як причини ведуть до наслідків, а час — тече вперед.
Ця теорія не лише пояснює початок часу, а й пов’язує дві великі фізичні картини: імовірнісний, нелінійний квантовий світ і детермінований, передбачуваний світ класичної фізики. За цією теорією перехід між ними не потребує спостерігача. Реальність не змінюється стрибком, а поступово переходить від невизначеності до визначеності з ростом складності систем.
Коли ми кидаємо келих, і він б’ється об підлогу — це не тому, що хтось його «виміряв чи спостерігав», а тому що він занадто великий, щоб залишатися в суперпозиції. Закони квантової фізики не зникають у великому масштабі — вони просто проявляються по-іншому.
Чи можна довести теорію?
Попри простоту ідей, емпіричне доведення цієї теорії залишається надзвичайно складним. Щоб її підтвердити, науковцям потрібно виявити надзвичайно тонкі відхилення від стандартних квантових передбачень. Сучасна експериментальна фізика ще не наблизилася до цього.
Проте навіть без остаточних доказів теорія надає нове пояснення одного з найглибших питань: як із безчасового, хаотичного світу можливостей виникла одна єдина реальність — така, в якій час іде тільки вперед, і ми разом із ним.
Щопʼятниці отримуйте найцікавіші статті за тиждень на ваш імейл.
