Квантова механіка і час: проблеми суміщення

У квантовій механіці час відіграє особливу роль, але він розглядається інакше, ніж у класичній фізиці або загальній теорії відносності. У більшості квантових теорій час виступає як фонова змінна — параметр, що просто «тікає» під час еволюції квантових систем. Квантові рівняння, такі як рівняння Шрьодінгера, описують, як змінюються стани квантової системи з плином часу, але час у цьому рівнянні не підлягає квантовим флуктуаціям і розглядається як абсолютний, подібно до ньютонівського часу.

Художнє зображення плину часу на квантовому рівні

Проблема часу в квантовій механіці

Однією з основних проблем у квантовій механіці є те, що вона не враховує викривлення простору-часу, яке є центральним для загальної теорії відносності. У той час як в теорії відносності час є гнучкою величиною, яка змінюється під впливом гравітації та швидкості, у квантовій механіці він залишається фіксованим. Це створює труднощі при спробах поєднати квантову фізику з загальною теорією відносності, оскільки ці дві теорії мають різні уявлення про природу часу.

Квантова заплутаність і проблема часу

Квантова заплутаність є яскравим прикладом того, як час виявляється складним у квантовій механіці. Заплутаність — це феномен, коли два або більше квантових об'єкти стають взаємопов'язаними таким чином, що стан одного з них миттєво впливає на стан іншого, незалежно від відстані між ними. Це ставить під питання наше інтуїтивне розуміння часу та причинності, оскільки вплив може відбуватися швидше за швидкість світла, що суперечить спеціальній теорії відносності.

Художнє зображення квантової заплутаності

Квантова заплутаність вказує на те, що зв'язок між об'єктами може бути позачасовим або навіть без часових меж. З точки зору класичної фізики, це явище здається незрозумілим, оскільки порушує принцип локальності та обмеження швидкості взаємодії. У цьому сенсі час у квантовій фізиці поводиться непередбачувано, що змушує вчених переглядати наше уявлення про те, як події впливають одна на одну у квантових системах.

Невідворотні процеси і проблема часу

Ще однією важливою проблемою часу в квантовій механіці є незворотність процесів. У класичній фізиці ми маємо стрілу часу, яка визначає напрямок подій — від минулого до майбутнього. Але на квантовому рівні процеси є реверсивними: квантові системи можуть рухатися в обох напрямках часу, з однаковою ймовірністю. Це породжує питання про те, чому ми спостерігаємо незворотні процеси на макроскопічному рівні, якщо на квантовому рівні вони є оборотними.

Художнє зображення стріли часу

Ця проблема частково вирішується за допомогою квантової декогеренції — процесу, під час якого квантові системи втрачають свою хвильову функцію через взаємодію з навколишнім середовищем. Декогеренція перетворює квантові системи в класичні, знищуючи квантові суперпозиції і створюючи ефект незворотного часу. Однак, це не дає відповіді на фундаментальне питання про те, звідки виникає незворотність часу.

Поєднання з загальною теорією відносності

Спроби поєднати квантову механіку і загальну теорію відносності стикаються з проблемою часу. В загальній теорії відносності час є динамічним, викривленим гравітацією, тоді як у квантовій механіці він є фоновою, незмінною величиною. Це призвело до створення різних підходів, таких як квантова гравітація і теорія струн, які намагаються об'єднати ці дві великі теорії в єдину концепцію, де час може бути квантованим, подібно до інших величин у фізиці.

Висновок

Таким чином, час у квантовій механіці залишається складним питанням, оскільки він не підлягає квантовим коливанням і залишається абсолютним параметром, що створює розрив з загальною теорією відносності. Квантова заплутаність, реверсивні процеси та проблема стріли часу ставлять під сумнів наше розуміння часу як лінійної величини. Розв'язання цих питань залишається одним з найважливіших викликів сучасної фізики.