Επιστήμονες στην Κίνα προτείνουν μια απλή, αλλά ισχυρή θεωρία που ρίχνει φως σε ένα από τα παλαιότερα μυστήρια της φυσικής: γιατί ο χρόνος κινείται μόνο προς τα εμπρός και γιατί τα ταξίδια στο παρελθόν παραμένουν αδύνατα.
Ο φυσικός Cai Qingyu και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο Hainan της νότιας Κίνας ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση σε κβαντικό επίπεδο για να εξηγήσουν γιατί δεν μπορούμε να “ξε-ανακατέψουμε” ένα αυγό ή να γίνουμε νεότεροι, παρόλο που οι νόμοι της φυσικής επιτρέπουν θεωρητικά την αντίστροφη πορεία του χρόνου.
Σε αντίθεση με προηγούμενες θεωρίες, το νέο πλαίσιο δεν βασίζεται σε παρατηρήσεις, μετρήσεις ή εξωτερικές διαταραχές, όπως εξηγούν οι επιστήμονες σε δημοσίευσή τους στο περιοδικό Annals of Physics. Αντιθέτως, αποδεικνύει ότι η “βέλος του χρόνου” μπορεί να προκύψει φυσικά από τον τρόπο που τα κβαντικά μέρη διασυνδέονται, μια διαδικασία που είναι ενσωματωμένη στην ίδια τη δομή της μικροσκοπικής φυσικής.
Στα τέλη του 19ου αιώνα, ο Αυστριακός φυσικός Ludwig Boltzmann πρότεινε ότι ο χρόνος κινείται προς τα εμπρός επειδή τα απομονωμένα συστήματα τείνουν να εξελίσσονται από την τάξη στο χάος – μια ιδέα γνωστή ως εντροπία – και όχι το αντίστροφο. Ωστόσο, παραμένει ένα παράδοξο. Οι βασικές εξισώσεις που διέπουν την κίνηση, από τους νόμους του Νεύτωνα μέχρι την εξίσωση Schrödinger, είναι αντιστρέψιμες ως προς το χρόνο. Αν αντικαταστήσεις το “t” με “-t” και γυρίσεις το ρολόι προς τα πίσω, οι εξισώσεις θα εξακολουθούν να έχουν απόλυτη λογική.
Για να επιλυθεί αυτή η αντίφαση σε κβαντικό επίπεδο, πολλές προηγούμενες θεωρίες επικεντρώνονταν στο περιβάλλον. Όταν ένα κβαντικό σύστημα αλληλεπιδρά με τον εξωτερικό κόσμο, οι ευαίσθητες κβαντικές καταστάσεις μπορούν να καταρρεύσουν με τρόπους που δεν αναστρέφονται. Αυτή η κατάρρευση, γνωστή ως αποσυνοχή (decoherence), έχει χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει την εμφάνιση της κατεύθυνσης του χρόνου.
Στη μελέτη τους, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Hainan υιοθέτησαν μια διαφορετική προσέγγιση, εξετάζοντας τι συμβαίνει εσωτερικά σε ένα κλειστό κβαντικό σύστημα, από το οποίο τίποτα δεν εισέρχεται ή εξέρχεται.
Σε μια σπάνια θεωρητική ανακάλυψη, ο Cai και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι μόλις τα σωματίδια αλληλεπιδράσουν και συνδεθούν μέσω κβαντικών συσχετίσεων, αυτές οι συνδέσεις δεν μπορούν να αναιρεθούν, “κλειδώνοντας” έτσι αποτελεσματικά μια προς τα εμπρός κατεύθυνση του χρόνου.
Ο Sun Changpu, ανώτερος θεωρητικός φυσικός και μέλος της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη, επαίνεσε το έργο ως ένα σημαντικό βήμα. Η μελέτη προσέφερε βαθιές γνώσεις για τη θεμελιώδη σύνδεση μεταξύ της κβαντικής και της κλασικής φυσικής, “αγγίζοντας ένα από τα πιο βαθιά ερωτήματα στην επιστήμη“, δήλωσε ο Sun.
Ο Cai και η ομάδα του χρησιμοποίησαν τη συσχέτιση για να μετρήσουν πόση πληροφορία μοιράζονταν τα διάφορα μέρη του κλειστού συστήματος, ως τρόπο παρακολούθησης του τι συνέβαινε με την πάροδο του χρόνου. Το βασικό αποτέλεσμα της μελέτης ήταν ένα μαθηματικό θεώρημα, που αποδεικνύει ότι μόλις σχηματιστούν αυτές οι συσχετίσεις, δεν υπάρχει καθολική λειτουργία που να μπορεί να τις διαγράψει.
Όπως ακριβώς η εντροπία αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου στα κλασικά συστήματα, έτσι και η συσχέτιση αυξάνεται πάντα στον κβαντικό κόσμο. Κρίσιμα, αυτή η αύξηση είναι μη αναστρέψιμη, προσφέροντας μια νέα εσωτερική εξήγηση για την κίνηση του χρόνου προς τα εμπρός.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή η ανακάλυψη προσφέρει μια ενοποιημένη εξήγηση: οι αυξανόμενες συσχετίσεις όχι μόνο υποδεικνύουν την κατεύθυνση του χρόνου στον κβαντικό κόσμο, αλλά βοηθούν επίσης στην εξήγηση της αύξησης της εντροπίας και άλλων φαινομένων στον κλασικό κόσμο.
Σημείωσαν ότι η μελέτη παραμένει θεωρητική, βασιζόμενη σε ιδεατά μοντέλα ενός απόλυτα απομονωμένου συστήματος. Στην πραγματικότητα, κανένα κβαντικό σύστημα δεν είναι πλήρως σφραγισμένο από το περιβάλλον του. Και παρόλο που η μελέτη συνδέει τις αυξανόμενες κβαντικές συσχετίσεις με οικείες μακροσκοπικές επιδράσεις, η πλήρης γέφυρα μεταξύ κβαντικής και κλασικής μη αναστρεψιμότητας δεν έχει ακόμη χτιστεί. Μελλοντικές εργασίες θα πρέπει να ελέγξουν αυτές τις ιδέες σε πιο ρεαλιστικά περιβάλλοντα, όπως επισημαίνουν οι συγγραφείς.
