Fizyka kwantowa „nie widzi różnicy” między przeszłością, a przyszłością

Naukowcy z University of Surrey stwierdzili, że zgodnie z fundamentalnymi regułami fizyki czas nie ma „jednego toru”. W skali kwantowej przyszłość i przeszłość są równorzędne. Czemu więc w naszym codziennym doświadczeniu zauważamy bieg czasu wyłącznie w jednym kierunku? To w gruncie rzeczy bardzo trafne pytanie. Gdyby było inaczej, nie tylko wspominalibyśmy to, co minęło, ale także mielibyśmy wiedzę o tym, co dopiero nadejdzie.

Wielu z was być może zadawało sobie pytanie, czym właściwie jest czas i czemu płynie do przodu. W realiach fizyki klasycznej „strzałka” czasu wynika z entropii – wrodzonej skłonności układów do przesuwania się od porządku w stronę chaosu. Rzeczy w naturalny sposób dążą do zużycia. Nawet wytrzymały silnik 1.9 TDI kiedyś całkiem się rozsypie. Jeśli telefon spadnie na twardą powierzchnię, zniszczy się w nim ekran. Kiedy talerz spadnie na podłogę, to się stłucze. Nigdy jednak samoczynnie się nie „złoży” z powrotem w całość.

Natomiast w mechanice kwantowej prawa działają inaczej, wręcz na opak wobec naszej intuicji, bo nasze mózgi są „nastawione” na fizykę klasyczną. Na tym poziomie podstawowe równania nie wymagają żadnego uprzywilejowanego kierunku czasu. Daje to do myślenia, sugerując, że czas mógłby równie dobrze „cofać się”. Przekłada się to na to, że dla pojedynczych cząstek przyszłe i minione stany się nie różnią. Co więcej, współczesne doniesienia pokazują, iż ta kwantowa symetria może stanowić jeszcze bardziej fundamentalny element mechaniki kwantowej, niż przypuszczaliśmy. Jeśli w skali mikro czas nie ma wyraźnej orientacji, czemu na co dzień postrzegamy go odmiennie? Doświadczamy rzeczywistości, w której czas zawsze „biegnie” naprzód, nigdy w tył.

Kwantowa wanna

Fizycy Thomas Guff, Chintalpati Umashankar Shastry oraz Andrea Rocco przedstawili w myślach model matematyczny dla rozgrzanych cząstek w otwartym środowisku. Posłużyli się tzw. łańcuchem Markowa, w którym przyszły stan systemu zależy jedynie od bieżącej sytuacji, a nie od jego „historii”.

Cząstki w tym modelu nie wykazywały preferencji względem kierunku czasu. Oznacza to, że na szczeblu kwantowym fizyka dopuszcza odwracanie biegu czasu – cofanie jest równie realne jak ruch do przodu. Takie wnioski potrafią „wywrócić” nasze postrzeganie do góry nogami, prawda?

Mimo wszystko nauka wciąż nie dysponuje jasnym wyjaśnieniem, czemu obserwowany przez nas w dużej skali świat opanowany jest przez jednoznaczny kierunek upływu czasu. Pewne hipotezy sugerują, że decydują tutaj nie tylko procesy termodynamiczne, ale również splątanie w mechanice kwantowej czy sama ekspansja Wszechświata. Mówiąc w uproszczeniu: gdyby Wszechświat nagle zaczął się kurczyć, wtedy kierunek czasu mógłby zawrócić.

Czas to najbrutalniejsza siła Wszechświata

Skoro czas w skali kwantowej nie ma ściśle ustalonego kierunku, czemu w „naszym” wymiarze odczuwamy go jednostronnie? Głównym czynnikiem okazuje się tu… termodynamika. W szerokiej perspektywie energia non stop się rozprasza, a entropia (zgodnie z prawami podstawowymi) wzrasta, przez co czas postrzegamy jako nieprzerwanie „płynący” do przodu.

Różnica między przeszłością, teraźniejszością i przyszłością jest tylko uparcie obecną iluzją.
— Albert Einstein

Część fizyków uważa, że nasza percepcja czasu może być mirażem wygenerowanym przez pracę świadomości. Ludzki umysł gromadzi dane w sposób przyczynowo-skutkowy, co sprawia, że interpretujemy kierunek czasu w jeden, linearny sposób. Możliwe więc, że taka perspektywa jest wyłącznie formą strukturyzacji zdarzeń przez nasz mózg, a z perspektywy fizyki temat jest bardziej złożony, niż to sobie upraszczamy? Całkiem prawdopodobne.

No dobrze, a co z podróżami w czasie?

Żadne tu prawa fizyki nie zostają unieważnione – raczej potwierdza się to, co wiemy o rzeczywistości. Nie oznacza to, że wkrótce skonstruujemy wehikuł czasu i zaczniemy manipulować jego strumieniem, jednak ta wiedza może znaleźć zastosowanie w rozwoju komputerów kwantowych czy przekazywania informacji na poziomie kwantowym.

Pojawiają się też głosy, że dalsze kroki w odkrywaniu mechaniki kwantowej mogą nam przynieść całkiem niespodziewane rozwiązania techniczne. Czy w przyszłości będziemy w stanie kształtować bieg czasu w mikroskali? To niewykluczone. Jednak w codziennej skali najpoważniejszym ograniczeniem może wcale nie być fizyka, ale zwyczajnie sposób organizacji naszych umysłów. Nasz umysł to jedyny „interfejs” łączący nas z rzeczywistością, a przełamanie zasad nim rządzących może okazać się znacznie bardziej skomplikowane, niż przypuszczamy dzisiaj.