Существование вселенной с обратным ходом времени показали на простом примере

Физики из Великобритании и Канады сообщили о том, что в результате Большого взрыва кроме нашей Вселенной могла возникнуть другая, где время идет в обратном направлении. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters.

Как правило, современные физические теории (уравнения, их описывающие) на фундаментальном уровне не предполагают выделенности направления времени. Однако начальные условия, накладываемые на их решения, задают направление распространения времени. Новое исследование ученых демонстрирует, что уже на простом физическом примере можно увидеть двунаправленное развитие во времени динамики системы.

Физики исследовали систему N массивных тел (N=1000), взаимодействующих согласно классическому закону тяготения Ньютона. Ученые предположили, что их полная энергия (кинетическая и потенциальная) и полный угловой момент равны нулю. Как показало компьютерное моделирование, в далеком будущем такая система должна распасться на слабо взаимодействующие подсистемы, состоящие из пар масс — элементов кеплеровской динамики.

Симметрия времени в эксперименте ученых нашла свое отражение в качественной симметрии вокруг центральной области изображения, в которой распределение частиц максимально равномерно. Направление времени, указанное стрелкой на оси, является условным (его можно поменять на противоположное).

Выбор направления времени можно связать с протеканием разрушения структуры через возникновение неоднородностей при минимальных размерах с последующим расширением и формированием структур в виде кеплеровских пар (на изображении они показаны в виде петель). Между тем внутренние наблюдатели, находящиеся на одной из центральных областей, считали бы такую динамику движением в прошлое.

Как показали ученые, глобально рассмотренная ими система симметрична во времени, однако локально она имеет стрелу времени. Для этого ученые ввели в рассмотрение параметр CS, который характеризует степень неоднородности и кластеризации системы.

Он имеет минимум при минимальном размере кластера и примерно равномерно растет в обоих направлениях времени от этого минимума. Получается, что хотя глобально время симметрично, то локально — это не так. По словам исследователей, их вывод является новым, а направление времени не обязательно связывать с начальными условиями.

В классической физике время и трехмерное пространство независимы. В квантовой механике время является параметром, тогда как координаты в трехмерном пространстве допускают процедуру квантования — им может сопоставляться оператор, и они являются наблюдаемыми.

В релятивистском обобщении классической механики — специальной теории относительности (СТО) — время и собственно пространство связаны в единое четырехмерное пространство-время и являются почти равноправными. Дальнейшее развитие эта концепция получает в квантовой теории поля, объединяющей СТО и квантовую механику, а также общей теории относительности (ОТО), являющейся распространением идей СТО на гравитационные явления.

В отличие от вышеперечисленных наук, в термодинамике существует выделенность направления времени (так называемая стрела времени). Это связано с протеканием процессов, которые уменьшают упорядоченность системы (увеличивают энтропию): направление времени совпадает с направлением возрастания энтропии.

Один из создателей статистической физики, Людвиг Больцман, для объяснения того, почему раньше значение энтропии было ниже, чем сейчас, выдвинул гипотезу, согласно которой видимая Вселенная представляет собой флуктуацию в некоторой равновесной (с низкой энтропией) системе.

В этом случае направление времени должно совпадать с направлением изменения энтропии, возвращающим ее к равновесному значению. Большинство физиков не согласилось с Больцманом, посчитав, что в случае справедливости его гипотезы размеры такого мира не должны были бы превышать размеры Галактики или Солнечной системы.

Однако статистическая интерпретация термодинамики может (в некотором смысле) снять выделенность направления времени в термодинамике и соотнести ее с квантовой теорией поля. Последняя может получиться из статистической механики посредством замены обратной температуры на мнимое время.

«Термодинамика — это единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута», — так говорил Альберт Эйнштейн о термодинамике. Хотя переход к мнимому времени и снимает вопрос о направлении времени в термодинамике, одновременно он поднимает множество других, присущих квантовой теории поля.

Новая работа ученых не решила проблему стрелы времени. Их работа не в состоянии объяснить, почему, например, распавшиеся радиоактивные ядра не собираются вместе. По мнению ученых, может потребоваться большая работа для того, чтобы свести эти вопросы к задаче о гравитационном взаимодействии в простой системе, рассмотренной авторами исследования.

Обсудить
Иллюстрация к испарению черной дырыСпорная дыра
Хокинг предложил новое описание черных дыр
Карающее воспитание
За что здоровых детей отправляли в сумасшедший дом
В Россию вернулся «Прогресс»
Кто виноват в падении «Прогресса» и почему это — приговор космической отрасли
Чужими молитвами
В Лос-Анджелесе наградили лучшие видеоигры и показали будущие бестселлеры
Четыре мужика в одной палатке
Какие прелести таит продолжение японской культовой ролевой игры Final Fantasy XV
Не за бесценок
Самые дорогие картины, проданные на аукционах Christie's за 250 лет
INDIO, CA - OCTOBER 14:  (L-R) Musician Keith Richards, singer Mick Jagger and musician Charlie Watts of The Rolling Stones perform during Desert Trip at the Empire Polo Field on October 14, 2016 in Indio, California.  (Photo by Kevin Winter/Getty Images)Че-то приуныли
Как The Rolling Stones записали первый альбом за 11 лет — возможно, и последний
«Великобритания не знает, относится ли она к Европе»
Даг Уоллас о русской и британской литературе и самосознании
Александра Ребенок и Игорь Верник в спектакле «350 Сентрал-парк Вест, New York, NY 10025»«В отчаянной попытке остаться вдовой»
Как Богомолов растерял театральность в спектакле по пьесе Вуди Аллена
Девочки или виденья
Кино недели с Денисом Рузаевым: от «Союзников» до «Плохого Санты 2»
В небе над Атлантикой
Как совершить дальний перелет и остаться в живых
Дешево, но не сердито
Как выглядят лучшие хостелы России
Не просто терминал
Самые красивые аэропорты мира
Вот так фокус
Победители народного выбора фотоконкурса Wildlife Photographer of the Year
Характер нордический
В Эстонию за салакой, немецкой стариной и наследием Российской империи
В двух экземплярах
Они знамениты тем, что похожи на знаменитостей
Анастасия Белокопытова «Не считала, сколько трачу в месяц»
История уроженки Рязани, переехавшей в Австрию
Они так видят
Самые популярные фотографии Instagram за ноябрь
Тренируйся, как ангел
Чем занимаются топ-модели в спортзале
«Вы приехали»
Длительный тест Toyota Camry с «Яндекс.Навигатором»
Безумные трюки грузовиков Volvo
Самые необычные видеоролики с грузовиками Volvo
Выбираем лучший компактный седан
Длительный тест Octavia, Elantra, Corolla и Mazda3
Как полиция перехватывает машины
Полицейские лайфхаки или 8 инновационных способов остановить преступника
Конец близок
Уходящий 2016 год может стать последним для ипотеки
Лестница в ад
Неприглядная правда об интеллигентных обитателях центра Москвы
Да он упоротый просто
Самые странные дома мира в фотографиях из Instagram
Худо будет
Москвичи тратят миллионы на квартиры, в которых невозможно жить