Как може гравитацията да обясни защо времето върви напред?

Не можем да спрем времето. Дори и в задръстване, когато времето сякаш замръзва и спира. Съхраняване на светлина през деня също не помага, времето неизбежно се стреми напред. Защо не се върне? Защо помним миналото, а не бъдещето? Физиците смятат, че отговорът на този дълбок и сложен въпрос може да се крие в гравитацията, добре позната на всички нас..

Основните закони на физиката изобщо не се интересуват от посоката на движение на времето. Например правилата, които регулират орбитите на планетите, работят независимо от това дали се движите напред или назад във времето. Можете да видите движенията в Слънчевата система в обратен ред и те ще изглеждат напълно нормално, без да нарушават някой от законите на физиката. Какво отличава бъдещето от миналото?

"Проблемът със стрелката на времето винаги е предизвиквал проблеми с хората", казва Флавио Меркати от Института за теоретична физика "Периметър" във Ватерло, Канада..

Повечето хора, които мислят за стрелата на времето, казват, че тя се определя от ентропията, количеството объркване (хаос) в системата, било то купа с каша или вселена. Според втория закон на термодинамиката, общата ентропия на затворената система винаги расте. Когато ентропията расте, времето се движи в същата посока..

Когато кубчето лед в стъклото ви се разтопи и разрежда уискито ви и кока, например, ентропията расте. Когато счупиш едно яйце, ентропията расте. И двата примера са необратими: не можете да замразите кубче лед в чаша с топла кола или да съберете отново яйце. Последователността на събитията - и следователно - времето - се движи само в една посока..

Ако стрелката на времето следва растежа на ентропията и ако ентропията във Вселената винаги се увеличава, то в някакъв момент в миналото ентропията трябва да е ниска. Тук се ражда мистерия: защо ентропията на Вселената е била ниска в началото?

Според Меркати и неговите колеги изобщо не е имало особено първоначално състояние. Вместо това, състоянието, което показва времето за движение напред, се появява естествено във вселената под диктовката на гравитацията. Този аргумент беше разкрит от учени в публикувана наскоро книга в Physical Review Letters..

За да тестват своите идеи, учените моделираха вселената под формата на колекция от хиляди частици, които взаимодействат един с друг само чрез гравитация и представляват галактики и звезди, плаващи в пространството..

Учените са открили, че независимо от изходните позиции и скорости, в даден момент, частиците неизбежно се намират групирани заедно в топка, преди да се разпръснат отново. Този момент може да се нарече еквивалентен на Големия взрив, когато цялата вселена се свива до безкрайно малка точка..

Вместо да използват ентропията, учените описват тяхната система, използвайки стойност, която самите наричат ​​"сложност", дефинирана като грубо съотношение на разстоянието между две частици, които са по-далеч един от друг, отколкото останалите между двете най-близки частици. , Когато всички частици се слепват заедно, заплитането е най-ниската си стойност..

Ключовата идея във всичко това, както обяснява Меркати, е следното: този момент на най-малко заплитане възниква естествено от групата на гравитационно взаимодействащите частици - не се изискват специални условия. Заплитането се увеличава, тъй като частиците се различават, представлявайки едновременно разширяването на Вселената и движението на времето напред..

Ако това не е достатъчно, събитията, които се случиха преди групирането на частиците - т.е. преди Големия взрив - се движеха във втората посока на времето. Ако загубите събития от тази точка назад, частиците постепенно ще се разпръснат от клъстера. Тъй като объркването нараства в тази обратна посока, тази втора стрелка на времето също ще посочи миналото. Което, въз основа на втората посока на времето, всъщност ще бъде „бъдещето“ на друга вселена, която съществува от другата страна на Големия взрив. Много объркващо, съгласен съм.

Тази идея е подобна на тази, предложена преди 10 години от физиците Шон Карол и Дженифър Чен от Калифорнийския технологичен институт. Те свързват стрелата на времето с идеи, описващи инфлацията, рязкото и бързо разширяване на Вселената, което се случи веднага след Големия взрив..

"Интересното в тази идея е, че е съвсем логично свързано с нас", каза Карол, описвайки работата й, приложима към стрелката на времето. "Може би причината, която помним вчера и не си спомняме утре, е в условията свързани с Големия взрив.

Свързването на посоката на времето с проста система от класическа физика е сравнително ново, твърди физикът Стив Карлип от Калифорнийския университет, Дейвис. Ново в това е да се откаже от ентропията в полза на идеята за заплитане. Проблемът с ентропията е, че той се определя от гледна точка на енергия и температура, които се измерват с външен механизъм като термометър. В случая с Вселената няма външен механизъм, така че се нуждаете от стойност, която не разчита на нито една от мерните единици. Объркването, напротив, е безразмерно отношение и отговаря на всички изисквания..

Това не означава, че ентропията трябва да бъде напълно изоставена. Всекидневният ни опит - като вашата хладна лимонада - разчита на ентропия. Но когато разглеждаме въпроса за времето на космическите скали, трябва да се използва терминът заплитане, а не ентропия..

Едно от основните ограничения на този модел е, че той е направен изключително на основата на класическата физика, напълно игнорирайки квантовата механика. Не включва и общата теория на относителността на Айнщайн. Няма тъмна енергия или нещо друго, което е необходимо, за да се създаде точен модел на Вселената. Но изследователите обмислят как да включат в модела по-реалистична физика, която впоследствие ще направи възможно да се правят прогнози, които могат да бъдат проверени..

"За мен големият проблем е, че има много различни физически стрели на времето", казва Карлип. Директната посока на времето най-често се проявява напълно, без да свързва гравитацията. Например светлината винаги се излъчва от лампата - и никога към нея. Радиоактивните изотопи се разлагат на по-леки атоми, никога обратното. Защо тогава стрелата на времето, излизаща от гравитацията, избутва други стрели на времето в същата посока?

"Това е голям въпрос, който остава отворен. Мисля, че докато никой няма добър отговор на този въпрос".