Законы классической механики не зависят от направления времени, это же утверждение для квантовой механики было предметом дискуссий. В то время как многие согласны, что законы, управляющие отдельными квантовыми системы по времени симметричны, но само измерение меняет состояние системы в соответствии с правилами, которые гласят, что время движется только в одном направлении - вперед.
Физики-теоретики из Брюсселя разработали формулировку квантовой теории с полностью симметричным временем, которая устанавливает точную связь между асимметрией и объясняет, почему мы можем вспомнить только прошлое, а не будущее - это явление физик Стивен Хокинг называет «психологической» стрелой времени.
Их исследование основано на новых идеях концепции свободного выбора и причинности, и предполагает, что причинно-следственная связь не должна считаться основным принципом физики.
"Причинностью" в квантовой физике называется тот факт, что наш выбор в настоящее время может повлиять на события только в будущем, но не в прошлом.
Для того, чтобы понять этот принцип, авторы нового исследования проанализировали, что же на самом деле означает концепция выбора в контексте квантовой теории. Например, мы считаем, что экспериментатор может выбрать только то, что и как он будет измерять, но не результат измерения. В соответствии с принципом причинности, выбор измерения может быть соотнесен с результатами измерений только в будущем, в то время как сам результат может быть связан с результатами и прошлых, и будущих измерений. Исследователи утверждают, что определяющим свойством является переменная, описывающая измерение до выбора экспериментатора, а не сам результат, так как он не может быть известен до того, как фактическое измерение произошло.
С этой точки зрения, принцип причинности можно понимать как ограничение, накладываемое в разное время на имеющуюся информацию о различных переменных. Это ограничение не является симметричным, так как выбор измерения и результат измерения могут быть известны только постфактум. Вот это и является сутью асимметрии в стандартной формулировке квантовой теории.
Квантовая теория была сформулирована на основе асимметричных концепций, отражающих тот факт, что мы можем знать прошлое и заинтересованы в предсказании будущего. Но понятие вероятности не зависит от времени, и, с точки зрения физики, имело бы смысл попытаться сформулировать теорию в симметричных условиях.
Для этого авторы предлагают принять новое понятие измерения, которое определяется не только на основе переменных в прошлом, но также может зависеть и от переменных в будущем. То есть это измерение просто описывает информацию о возможных событиях в различных областях пространства-времени.
В соответствии с этим подходом, в симметричной формулировке квантовой теории и принцип причинности, и психологическая стрела времени возникают из того, что физики называют граничными условиями - из произвольных параметров, на основании которых теория делает предсказания. Например, можно предположить, что в некоторых частях вселенной принципы причинности могут быть нарушены.
Другим следствием симметрии времени является расширение фундаментальной теоремы Вигнера, характеризующей математическое представление физических симметрий и являющейся основой для понимания многих явлений, например, существования элементарных частиц. Также симметрия времени может быть актуальной в теории квантовой гравитации и черных дыр. |