Prolazak vremena je nepregovariv. Njegov tok označava napredak naših života, krećući se jasno u jednom smjeru. Po svojoj prirodi, vrijeme je asimetrično. Zbog toga ga doživljavamo kao strelicu koja juri naprijed bez mogućnosti da se ikada vrati unazad. Ali činjenica da je vrijeme neizbježno ne znači i da ga u potpunosti razumijemo.
Fizičari, recimo, i dalje se pitaju zašto – ili možda da li – strelica vremena ide samo u jednom smjeru. U klasičnoj fizici, jednačine funkcionišu bez obzira na smjer vremena – budućnost ili prošlost. Jedan način da se to razumije jeste gledanjem snimka njihajućeg klatna: bez obzira ide li snimak unaprijed ili unazad, kretanje ostaje isto. Ipak, vrijeme kako ga mi doživljavamo jasno ide samo naprijed. Zbog toga naučnici i dalje tragaju za odgovorom zašto se vrijeme ponaša asimetrično, piše Popular Mechanics.
Tokom više od dvije godine, tim fizičara iz Engleske teoretski je proučavao to pitanje, pokušavajući matematički izvesti strelicu vremena u otvorenim kvantnim sistemima. U radu objavljenom u januaru u časopisu Scientific Reports, iznijeli su rezultate koji ukazuju da u tim sistemima postoje dvije strelice vremena koje se kreću u suprotnim smjerovima. Ovo otkriće moglo bi navesti naučnike da preispitaju kako strelica vremena utiče na termodinamiku, kvantnu mehaniku, pa čak i na samo nastajanje svemira.
Da bi razumjeli kako vrijeme funkcioniše na subatomskom nivou, tim se fokusirao na otvoreni kvantni sistem – onaj koji je u interakciji sa okolinom – za razliku od zatvorenog sistema koji je izoliran. Zatvoreni sistem ne doživljava promjene jer nije podložan vanjskim uticajima. Međutim, otvoreni sistem mijenja se s vremenom jer je izložen okolini.
Na kvantnom nivou ne vidimo uvijek očigledne promjene koje označavaju prolazak vremena. U ovoj studiji, promjena energije kroz entropiju – proces u kojem sistem gubi energiju u okolinu – korištena je kao zamjena za mjerenje vremena. Ova promjena je nepovratna: kao kada prospete čašu mlijeka – ono se ne može vratiti nazad.
„Mikroskopski gledano, kada govorimo o strelici vremena, oslanjamo se na posredne pokazatelje“, kaže dr. Andrea Rocco, viši autor rada i vanredni profesor fizike i matematičke biologije na Univerzitetu u Surreyu.
Rocco navodi da su očekivali samo jednu strelicu vremena u jednačini. U većini modela disipacije (rasipanja energije), jednačine izgledaju drugačije kad idu naprijed ili nazad. No, kod njih se u otvorenom kvantnom sistemu spontano pojavljuju dvije strelice vremena, zahvaljujući blago modifikovanim jednačinama.
Ključno je da su istraživači utvrdili da se entropija – prema drugom zakonu termodinamike – i dalje poštuje u obje vremenske strelice. Entropija, odnosno tendencija sistema ka neredu, raste u oba smjera. Strelica vremena, jednom kad se pokrene, ne može promijeniti smjer – mlijeko se ne vraća u čašu. Ali, čak i ako bi vrijeme išlo unazad, entropija bi i dalje rasla, što Rocco naziva „dvostrukom entropijom“.
Ova pojava ukazuje na simetričnu prirodu vremena u otvorenim kvantnim sistemima – iz jednog trenutka, strelica vremena mogla je otići u bilo kojem smjeru.
„Fizika nam zapravo kaže da je suprotni smjer bio jednako moguć“, tvrdi Rocco.
Ipak, ovaj teorijski rad nema nikakve veze s putovanjem kroz vrijeme.
„Ovo nema apsolutno nikakve veze s putovanjem kroz vrijeme ili izradom vremenske mašine“, ističe Rocco. Model samo matematički pokazuje da su dvije putanje iz jednog trenutka jednako moguće – unaprijed i unazad. Ali, kad strelica izabere smjer, sve se odvija prema poznatoj dinamici – uključujući entropiju – i strelica ostaje „zaglavljenja“ u tom smjeru.
Rezultati ovog istraživanja mogli bi dovesti u pitanje naše dosadašnje poimanje strelice vremena u termodinamici, kosmologiji i kvantnoj mehanici. Rocco spominje spekulaciju da su se u trenutku Velikog praska možda pojavila dva svemira – svaki krenuo u suprotnom smjeru vremena. Ova teorija ne potvrđuje takvu ideju, ali pruža matematički okvir za preispitivanje pretpostavki o vremenu i njegovoj ulozi u svemiru.