Pokud se na podlahu rozlije šálek vody, voda se nedokáže uvolnit – to je, že je nepředstavitelné, že každá molekula vody by přesně zvrátila svůj průběh, aby vklouzla zpět do šálku. To by mělo být obráceno zpět – něco, co, pokud víme, nelze udělat. Voda buď rozlije nebo ne, ale pokud ano, zůstane tak.
Tímto způsobem, čas, jak zažíváme, je asymetrický. Máme vzpomínky spíše na minulost než na budoucnost a rozlitá voda netéká zpět do svého šálku, stejně jako šipka, která byla létaná, se nevrátí na luk. V našem každodenním životě „Šipka času„Jde jen jedním směrem: dopředu.
„Víme, že (to) je něco, co je součástí naší společné zkušenosti,“ říká Andrea RoccoTeoretický fyzik na University of Surrey v Anglii. Ale jak přesně vzniká šipka Time, je pro fyziky méně jasné, částečně proto, že matematika, kterou používají k popisu většiny světa, neznamená žádný rozdíl mezi časem, který se pohybuje vpřed a čas, který se pohybuje dozadu; Pokud jde o jejich rovnice, jeden směr je dokonale životaschopný.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Podobně se koncept „času“ stává poněkud iluzorní v nepřítomnosti změny. Například, pokud by se náš šálek vody držel ve státě v magii, dokonale izolované a fyzicky nepropustné krabičky vznášející se v hlubokém prostoru, zdálo by se, že tento „systém“ by se zdálo, zda byl od nynějška prozkoumán před pěti lety nebo pěti tisíciletími. Takže jaký způsob, jak je šipka Time’s Letící uvnitř krabice Magic Stasis? Pro takové izolované systémy je tedy čas považován za symetrický; Teprve tehdy, když je „otevřený“ vliv z vnějšího prostředí, je tato symetrie rozbitá, ať už přes odpařování vody nebo převrácení poháru, aby se rozlila jeho obsah.
A přesto jsou otevřené a izolované systémy ze své podstaty spojeny. I kdyby byl náš šálek vody izolován z vnějšího světa, jeho molekuly by se stále náhodně vrhly mikroskopickými účinky – mění, které potenciálně rozbijí časovou symetrii, jako je tikání kosmických hodin. Proč tedy tento nesoulad existuje a co to znamená o platnosti modelů, které fyziky používají ke studiu role času v realitě, kterou zažíváme?
Různí vědci řešili tyto otázky různými způsobyRocco a jeho kolegové však revidovali část matematiky za nekonzistentností, aby zjistili, zda alternativní přístup může vyřešit zjevnou asymetrii. Jejich závěry, nedávno zveřejněné v Vědecké zprávyDetailujte existenci jednoho, ale dvou protichůdných šipek času v otevřených kvantových systémech.
Je to trochu jako kdyby byl náš vodní šálek nejistě vyvážený na okraji nože: mohlo by se svrhnout obou stran, každá strana byla opačnou šipkou času. Pohár padající jeden způsob oproti druhému nečiní vodu jinak. Ať tak či onak, matematicky řečeno, konečný výsledek je přesně stejný – zachovává symetrii pro obě možné instance. „V jistém smyslu jsme uvízli v tomto vesmíru, ve kterém čas vlastně jde jedním směrem,“ vysvětluje Rocco. „Ale pohybové rovnice, které zvažujeme.“ by dovolili vesmíru jít opačným směrem. “
Tímto způsobem je existence obou instancí odrazem časové symetrie, na rozdíl od konvenčního porozumění, že prostředí je impozantní nebo „definuje šipku času“, říká Rocco. Jinými slovy, práce vědců naznačuje, že dvakrát šipky, spíše než jeden, jsou spontánním rysem otevřeného kvantového systému.
Nová práce přidává Některé zajímavé otázky o tom, co fyzici považují za relevantní ve svých studiích času. Michele CampisiTeoretický fyzik v Italském institutu National Research Council Institute, který se do studie nezúčastnil, chválí dokument za její odvážný pohled, ale poznamenává, že to také znamená podivnou, subjektivní podrobnost pro původ šipky času. „Hows“ a „whys“ způsobu, jakým čas letí, jsou „odrazem aproximace“, říká, závislé na preferované interpretaci samotné kvantové mechaniky fyziky – jich je několik. Pohled na kvantový systém je do určité míry stanoven očekáváním, říká. Například „globální“ pohled na události by také mohl vidět domnělý otevřený systém jako jen další část mnohem většího, izolovaného systému, ve kterém by ke komplikacím s časovou asymetrií vůbec nedošlo.
Tento dokument však ukazuje, jak naše hledání porozumění kvantové říši je stále zdaleka úplné, říká James Cressernyní důchodce profesor fyziky. „To (pomáhá) otřást běžně drženou myšlenkou, že některé rovnice popisující disipativní chování nejsou časově reverzní invariantní, a jsou proto teoretickým ukazatelem konkrétního fyzického stavu věcí,“ říká Cresser. (Cresserovi bylo ve studii poděkováno za „osvětlující diskuse“ a učil svého hlavního autora Thomase Guffa jako vysokoškoláka, ale k práci přímo nepřispěl.)
Například způsob, jakým voda působí, když se rozlije, se podobá typu disipativního chování v kvantové mechanice a termodynamice zvané decoherence, ve které se systém postupně šíří nebo „dekoruje“ a „ztrácí“ informace. V tomto příkladu jsou informace konkrétním uspořádáním molekul vody dříve uvnitř šálku. Disipativní procesy jsou považovány za asymetrické, pokud jde o čas, protože počáteční konfigurace končí irelevantní pro konečný stav věcí, vysvětluje Nicole Yunger Halpernfyzik na Národním institutu pro standardy a technologii, který nebyl součástí nové studie.
Ale i tento druh interpretace nutně závisí na našich očekáváních toho, jak se systém musí vyvíjet, jak to proudí energie. Například, kdybychom měli vidět dva filmy, jeden, ve kterém se voda rozlije a druhá, ve kterém se voda předčasně vrací do poháru, měli bychom mít sklon říci, že druhý film je iluzorní a nemožný a že je to jen první hraní dozadu. Asymetrická šipka času je tedy v některých ohledech „vznikajícím jevem“, říká Yunger Halpern. „Všichni to můžeme poznat v našich každodenních zkušenostech.“
Všechno, co říkalo, možná koncept času – ARROW nebo NE – není nic jiného než „lešení“, aby lidský mozek pochopil, když se snažíme „označit všechny události, které se odehrávají ve světě kolem nás,“ říká Cresser. „Ale samotné události se nespoléhají na lešení.“ A to, co s těmito rovnicemi děláme, je aplikovat jeden druh časového lešení ve srovnání s jiným možným časovým lešením. “
V takovém případě by naše otázky týkající se času nikdy neměly odpovědi – vyrábějí je, no, nadčasové. „Jsme nevyhnutelně pohřbeni včas – to je hluboká součást naší existence, kterou nikdy nemůžeme, nikdy uniknout,“ říká Cresser.
Poznámka editora (2/27/25): Tento článek byl upraven po zveřejnění, aby lépe objasnil příslušné komentáře Andrea Rocco a Nicole Yunger Halpern o šipkách času.
