Время – это иллюзия?

Время – это иллюзия. По меньшей мере, в игрушечной модели Вселенной из двух лучей света. Согласно эксперименту, то, что мы называем течением времени, может оказаться странным проявлением квантовой спутанности. Подтверждение этой теории может помочь в решении многолетней проблемы унификации знанийв области современной физики. Физики описывают мир небольших частиц с помощью законов квантовой механики, в то время как для описания мира планет и черных дыр существует общая теория относительности. Но эти теории плохо сочетаются друг с другом: попытки объединить их уравнения приводят к одинаково бессмысленным результатам. Одна из ранних попыток была совершена в 1960-ых, в уравнении Уиллера – Девитта, которое применила общую теорию относительности к квантовым частицам, полностью исключив из уравнения временную составляющую.

«Это значило бы, что Вселенная не изменяется. Но мы, без сомнения, видим ее развитие», — говорит Марко Дженовезе (Marco Genovese) из Национального института метрологических исследований (Торино, Италия).

В 1983 году физики-теоретики Дон Пейдж (Don Page) и Уильям Вутерс (William Wootter) предположили, что феномен квантовой спутанности может являться решением «проблемы времени» в уравнении Уиллера – Девитта. Когда квантовые объекты пересекаются друг с другом, измерение свойств одного объекта приводит к изменению в свойствах другого. С точки зрения математики, исследователи доказывали, что часы, находящиеся в определенной Вселенной, будут тикать только в случае, если за ними следит наблюдатель из той же Вселенной. Однако если за пределами этой Вселенной существует другой наблюдатель, с его точки зрения Вселенная окажется неподвижной.

Дженовезе и его коллеги впервые продемонстрировали это явление для Вселенной, состоящей лишь из двух фотонов. Команда исследователей начала с того, что направила пару связанных фотонов в два разных направления. С начала эксперимента фотоны были поляризованы (направлены горизонтально или вертикально), и направление их положения менялось, когда фотоны проходили сквозь кварцевую пластину и двигались к датчикам.

Связанные фотоны находились одновременно в вертикальной и горизонтальной суперпозиции до тех пор, пока в системе не появлялся наблюдатель. Чем толще пластина, тем больше времени требует фотонам, чтобы пройти сквозь нее, тем выше степень их поляризации, тем больше вероятность того, что фотоны приобретут конкретное положение.

По одной версии эксперимента, один из фотонов изображает тикающие часы, которые могут занимать полярно вертикальное или полярно горизонтальное положение. Ввиду связанности двух фотонов, наблюдение за тиканьем часов приводит к изменению поляризации другого фотона. Это значит наблюдатель, смотрящий на часы, влияет на Вселенную фотонов и становится ее частью. По этой причине наблюдатель способен определить поляризацию другого фотона на основе квантовой вероятности. Поскольку положение фотонов, которые проходят сквозь более толстую кварцевую решетку, изменяется сильнее, повторение эксперимента с пластинами различного размера подтверждает то, что поляризация фотона меняется с течением времени.

По другой версии эксперимента, исследователь является «сверх-наблюдателем», существующим за пределами Вселенной, и может оценить состояние квантовой Вселенной в целом. С его точки зрения, общее состояние фотонов является неизменным, что приводит к кажущейся неподвижности Вселенной.

Квантовый космос?

«Замечательно, что исследователи провели эксперимент, иллюстрирующий это явление и показывающий его на практике», — говорит Пейдж, который на данный момент работает в Университете Альберты (Эдмонтон, Канада).

Не все убеждены, что уравнение Уиллера – Девитта приведет к унификации квантового и классического миров.

«Исследователи в лабораторных условиях подтвердили, что квантовая механика действует прекрасно», — говорит Ли Смолин (Lee Smolin) из Института теоретической физики (Онтарио, Канада). Но Смолин также замечает, что для любого точного описания Вселенной потребуется время.

Дженовезе согласен с тем, что результаты эксперимента не решают эту проблему полностью. С его точки зрения, важность данного исследования в том, что она показывает, что квантовые уравнения и общая теория относительности имеют общие точки соприкосновения, что оставляет нам надежду на унифицированную теорию.

http://nauka21vek.ru