Час — одна з найзагадковіших і найфундаментальніших концепцій у фізиці. Ми всі відчуваємо час як потік подій, але що ж таке час з точки зору квантової механіки? Чи існує час як об’єктивна реальність, чи він є лише ілюзією, що виникає із взаємодії квантових систем із навколишнім середовищем? У цій статті я хочу розповісти про нещодавнє наукове дослідження, яке пропонує новий погляд на природу часу у квантовому світі.
Дослідження під назвою “Emergence of Time from Quantum Interaction with the Environment” було опубліковано в журналі Physical Review Letters у 2023 році. Автори статті — Себастьян Гемсхайм і Ян Рост із Макс-Планковського інституту фізики складних систем у Дрездені, Німеччина. Вони розвивають ідею, яка була запропонована ще 1983 року Дональдом Пейджем і Вільямом Вуттерсом. Пейдж і Вуттерс стверджували, що час виникає для спостерігача, який відокремлює себе від навколишнього середовища та розглядає його як годинник. Таким чином, час стає відносним поняттям, залежним від стану спостерігача і середовища.
Однак, Пейдж і Вуттерс не враховували взаємодію між спостерігачем і середовищем, яка неминуче присутня в реальних фізичних системах. Гемсхайм і Рост показали, що така взаємодія не руйнує концепцію часу як емергентної властивості, а навпаки, робить її більш загальною та універсальною. Вони вивели рівняння Шредінгера для спостерігача з енергетичного стану глобальної системи, що складається зі спостерігача, середовища та їхньої взаємодії. Рівняння Шредінгера описує динаміку квантової системи в часі. Гемсхайм і Рост показали, що таке рівняння можна отримати навіть якщо глобальна система перебуває в стаціонарному стані, тобто не залежить від часу. У цьому разі час з’являється як параметр, що характеризує зміну стану спостерігача під впливом середовища.
Цей результат узгоджується з іншими концепціями виникнення часу, в яких враховується взаємодія, але при цьому використовується напівкласичне наближення для середовища. Гемсхайм і Рост не роблять такого наближення і розглядають середовище як повністю квантову систему. Це дозволяє їм врахувати ефекти квантової заплутаності між спостерігачем і середовищем, які можуть призводити до складних і незвичайних еволюцій спостерігача. Таким чином, вони додають відсутню ланку до відносної теорії часу, відкриваючи її для динамічних явищ взаємодійних систем і заплутаних квантових станів.
На закінчення, я хочу підкреслити, що дослідження Гемсхайма і Роста не претендує на остаточне розв’язання проблеми часу у квантовій механіці. Воно скоріше являє собою цікавий і оригінальний внесок у цю складну і філософську тему. Воно також демонструє, що квантова механіка може породжувати нові й несподівані концепції, які змушують нас переосмислити наше розуміння реальності.
