• Tweet

Trecerea timpului este nenegociabilă. Curgerea sa marchează progresul vieții noastre, deplasându-se clar într-o singură direcție. El este, prin natura sa, asimetric. În acest fel, percepem că se mișcă ca o săgeată, fluierând înainte fără posibilitatea de a se inversa vreodată. Dar doar pentru că timpul este inevitabil, nu înseamnă că îl înțelegem pe deplin.

Fizicienii, de exemplu, încă se întreabă de ce - sau, poate, dacă - săgeata timpului funcționează într-o singură direcție. În fizica clasică, ecuațiile funcționează fără a ține cont de direcționalitatea timpului sau de preferința acestuia de a se deplasa în viitor sau în trecut. O modalitate de a înțelege această nepăsare matematică față de direcționalitate este să ne uităm la o înregistrare video a unui pendul care se leagănă. Indiferent dacă videoclipul rulează înainte sau înapoi, mișcarea pendulului rămâne aceeași, iar direcționalitatea timpului este imposibil de distins. Și totuși, timpul, așa cum îl experimentăm noi, se mișcă în mod clar într-o singură direcție. Așadar, cercetătorii continuă să caute motivul pentru care timpul se comportă asimetric.

Timp de mai bine de doi ani, o echipă de fizicieni din Anglia a urmărit teoretic această problemă, încercând să deducă matematic săgeata timpului în sistemele cuantice deschise. Într-o lucrare publicată în ianuarie în revista Scientific Reports, ei prezintă rezultate care indică existența a două săgeți ale timpului în aceste sisteme, care se mișcă în direcții opuse. Această descoperire ar putea îndemna oamenii de știință să reconsidere modul în care săgeata timpului influențează termodinamica, mecanica cuantică și chiar crearea universului.

Pentru a înțelege cum funcționează timpul la nivel subatomic, echipa s-a concentrat asupra unui sistem cuantic deschis, care este afectat de mediul înconjurător, spre deosebire de un sistem cuantic închis, care este izolat de mediul său și de influența exterioară. În izolare, sistemul închis rămâne la fel, deoarece nimic nu îl poate atinge sau schimba, protejat de ravagiile timpului. Dar, pe măsură ce un sistem deschis interacționează cu mediul înconjurător, acesta se schimbă în timp.

La nivelul subatomic la care funcționează mecanica cuantică, nu putem vedea întotdeauna schimbările evidente care indică trecerea timpului. În cadrul echipei, sistemele cuantice deschise sunt de preferat, deoarece permit schimbări în timp - cum ar fi disiparea energiei în mediul înconjurător, cunoscută și sub denumirea de entropie. Aceasta este importantă pentru modelul cercetătorilor deoarece servește drept indicator al trecerii timpului; atunci când vedeți energia disipată dintr-un sistem în mediul înconjurător, puteți concluziona direcția în care curge timpul.

„Din punct de vedere microscopic, dacă ne gândim la săgeata timpului, ne bazăm în esență pe proxies", spune autorul principal al lucrării, Andrea Rocco, Ph.D., profesor asociat de fizică și biologie matematică la Universitatea din Surrey. La nivelul subatomic la care funcționează mecanica cuantică, nu putem vedea întotdeauna schimbări evidente care să indice trecerea timpului. În schimb, trebuie să ne uităm la alți indicatori, cum ar fi entropia.

Echipa se aștepta să vadă doar o săgeată a timpului în ecuația lor, spune Rocco. De obicei, aceste ecuații care descriu disiparea arată diferit dacă traiectoria lor se mișcă înainte sau înapoi. În timp ce mișcarea pendulului arată la fel înainte sau înapoi, mișcarea unui pahar de lapte care cade nu arată la fel; disiparea implicată în laptele vărsat rupe simetria. Această premisă susține asimetria săgeții timpului. Dar cu sistemul cuantic deschis, Rocco spune că au obținut „ecuații ușor modificate", care au dezvăluit apariția spontană a două săgeți ale timpului.

În mod crucial, Rocco și echipa sa au descoperit că entropia, descrisă în cea de-a doua lege a termodinamicii, este păstrată în modelul lor. Această lege afirmă că entropia, sau tendința către o stare dezordonată, crește în timp în cadrul unui sistem. În ambele direcții ale acestor două săgeți ale timpului, sistemele încă se îndreaptă spre dezordine pe măsură ce energia se disipează în mediul înconjurător. Săgeata nu poate inversa direcția odată ce a pornit. Mai degrabă, entropia progresează indiferent dacă săgeata timpului se îndreaptă spre trecut sau spre viitor.

Termodinamica este studiul efectelor muncii, căldurii și energiei asupra unui sistem; este preocupată doar de răspunsurile la scară largă ale unui sistem, pe care le putem observa și examina prin experimente, potrivit NASA. În acest fel, entropia continuă să crească, dar crește spre trecut în loc de viitor. Indiferent dacă săgeata timpului se îndreaptă spre viitor sau spre trecut de la un moment dat, entropia se va disipa tot în direcția respectivă, producând ceea ce Rocco numește „entropie dublă".

Această dublă entropie demonstrează o natură simetrică a timpului în sistemele cuantice deschise. De la un moment dat, săgeata timpului ar fi putut porni în direcția opusă. „Fizica ne spune de fapt că direcția opusă ar fi fost la fel de posibilă", spune Rocco. Dar să nu faceți nicio greșeală: Această lucrare teoretică nu se joacă cu concepte precum călătoria în timp.

„Nu are absolut nimic de-a face cu călătoria în timp sau cu construirea unei mașini a timpului", spune Rocco. Mai degrabă, acest model teoretic arată într-un sens matematic că „două traiectorii sunt la fel de posibile: una merge înainte și cealaltă merge înapoi din acel moment". Cu toate acestea, odată ce săgeata alege o anumită direcție, dinamica cu care suntem familiarizați, cum ar fi entropia, se reia, iar săgeata rămâne blocată în mișcare în acea direcție.

Aceasta înseamnă că rezultatele echipei ar putea pune sub semnul întrebării modul în care ne gândim la săgeata timpului în termodinamică, cosmologie și mecanică cuantică. De exemplu, Rocco menționează că unii oameni speculează că, în momentul Big Bang-ului, au apărut două universuri, care călătoresc în direcții opuse în timp. Rezultatul echipei sale cu siguranță nu confirmă această speculație, dar cadrul teoretic pe care l-au dezvoltat ne-ar putea ajuta să ne reevaluăm ipotezele cu privire la funcția timpului în univers.

Deși „habar nu are" care ar putea fi posibilele aplicații tehnologice, Rocco spune că este interesat să înțeleagă mecanismul care dezvăluie modul în care săgeata accelerează într-o direcție sau alta. El îl compară cu o rețea de drumuri dintr-un oraș. „Vezi drumurile, dar încă nu știi ce va face traficul", spune el. Totuși, Rocco înțelege că descoperirea echipei sale „atinge probleme conceptuale foarte profunde legate de înțelegerea noastră a realității". La fel cum această lucrare dezvăluie două săgeți ale timpului care provin dintr-un singur moment, ea prezintă, de asemenea, claritate și complexitate.