Mokslo ir technologijų pasaulis

Fizikos dėsniai galiotų lygiai taip pat, net jei matematiškai pakeistume laiko tėkmės kryptį, tačiau kodėl realiame gyvenime karšta kava niekada "neatsimaišo" nuo šalto pieno? Gali būti, jog Italijos Pavia universiteto fizikui Lorenzo Maccone pavyko paaiškinti tokį laiko "judėjimo" kryptingumą.

Seniai žinoma, jog dauguma fizikos dėsnių yra invariantiški laiko tėkmės ženklo pakeitimui iš t į -t — kitaip tariant, galioja fizikinė laiko simetrija. Tačiau kasdieniniame gyvenime mes susiduriame su tuo, kad laikas vis gi turi tam tikrą apibrėžtą kryptį, t.y. įvykiai seka vienas paskui kitą ir egzistuoja priežasties ir pasekmės samprata. Tai patvirtina ir daugelis eksperimentų. Pavyzdžiui, termodinamikoje uždara sistema siekia pereiti į maksimalios entropijos būseną (entropija yra terminas negrįžtamam energijos išsklaidymui apibūdinti). Todėl visos fizikinių sistemų būsenos keičiasi išskirtinai entropijos didėjimo kryptimi.

Praėjusių metų rugpjūčio 21 dieną žurnale Physical Review Letters publikuotame straipsnyje italų teoretikas pasiūlė naują būdą šiam akivaizdžiam fizikinių dėsnių simetrijos laiko atžvilgiu ir realybėje stebimos į priekį bėgančio laiko tėkmės konfliktui paaiškinti. Šiam tikslui Maccone pasitelkė kvantinės mechanikos analogiją termodinamikai ir panaudojo vadinamosios informacinės entropijos sąvoką, kuri apibūdina informacijos chaotiškumą.

Žvelgiant iš kvantinių pozicijų, Visatos entropiją didinantys įvykiai jų vyksmo aplinkoje palieka savo informacinius "pėdsakus". Mokslininkas teigia, jog "atgal" laiko ašimi einantys (t.y. mažinantys entropiją) įvykiai yra įmanomi, tačiau jie aplinkoje negali palikti jokios informacijos apie save. O tai Maccone žodžiais yra neatskiriama nuo įvykių, kurie niekada ir neįvyko.

Žvelgiant iš termodinamikos pozicijų, kai susijungia du nevienodų temperatūrų kūnai, tarp jų atsiranda energijos tėkmė, ir energija persiskirsto tol, kol kūnų temperatūros susivienodina. Tokia šilumos difuzija žymi entropijos didėjimą. Kaip mums žinoma, šiluma praktikoje niekada spontaniškai nepereina atvirkštine kryptimi, iš šalto į šiltą, ir Visatos entropija visada tik didėja.

Laiko krypties pakeitimas būtų ekvivalentus entropijos mažinimui. Tai prilygtų tokiam reiškiniui, kai vienodos temperatūros kūnas pats savaime vienoje pusėje atšaltų, kitoje - sušiltų. Dar XIX amžiuje buvo apmąstyta teorija apie tai, kad tokį šilumos atskyrimą dujose pavyktų atlikti tuo atveju, jei egzistuotų įrenginys, galintis atskirti didelės ir mažos energijos molekules. Tačiau tam įrenginys iš esmės turėtų "žinoti" kiekvienos molekulės padėtį erdvėje ir greitį. Be to, veiksmui atlikti jis pats turėtų sunaudoti energiją, taip padidindamas savo paties, ir kartu visos Visatos entropiją.

Kvantiniame pasaulyje entropiją mažinantis įrenginys turėtų atlikti kitokį veiksmą. Kvantinėje mechanikoje entropijos analogas yra ne šiluma, persiskirstanti pasikeitus entropijai, o informacija. Lorenzo Maccone savo idėjai paaiškinti sugalvojo teorinį eksperimentą, iliustruojantį, kas galėtų įvykti mažinant kvantinę entropiją. Įsivaizduokime, jog eksperimentatorė Alisa išmatuoja jos kolegos iš kitos laboratorijos - Bobo - atsiųsto atomo sukinį (kvantinę būseną). Bobo laboratorija yra visiškai izoliuota nuo Alisos laboratorijos. Iš Alisos perspektyvos, jos laboratorija iš išorės gauna vieną bitą informacijos, kuris yra nukopijuojamas į jos atmintį ir įrašomas į kompiuterio diską. Jos požiūriu, tokia informacijos tėkmė iš atomo į laboratoriją didina informacinę entropiją.

Maccone teigimu, kadangi Bobas nemato rezultato, jo požiūriu atomo būsena lieka nežinoma ir vietoj to tampa susieta su bendra laboratorijos kvantine būsena nežinomu dėsniu. Jis nemato jokios informacijos tėkmės ir jokio entropijos pokyčio. Įsivaizduokime, kad Bobas gali visiškai kontroliuoti Alisos laboratorijos būseną. Norėdamas sumažinti jos požiūriu suvokiamą entropiją, Bobas pakeičia šio informacijos bito tėkmę - ištrina įrašus apie atomo sukinį iš Alisos atminties ir kietojo disko, atsiedamas laboratorijos kvantinę būseną nuo atomo būsenos.

Maccone teigia, jog toks situacijos "apsukimas" neprieštarauja jokiems kvantinės fizikos dėsniams. Bobo požiūriu, bendra kvantinė atomo ir Alisos laboratorijos informacija išlieka ta pati, nežiūrint, ar atomas ir laboratorija yra kvantiškai susieti ar ne. Todėl žvelgiant iš išorės laboratorijoje nėra jokio entropijos pokyčio. Tokie "apsukimai" galėtų vykti ir realiame gyvenime, sako mokslininkas. Tačiau kadangi Visatoje - panašiai kaip ir Alisos atmintyje - neliktų jokios informacijos apie tokį atsitikimą, mūsų suvokimas apie mus supantį pasaulį taip pat nepakistų. Savo straipsnyje jis tai pagrindžia matematiškai. 

Tiesa, su tokiu požiūriu sutinka ne visi mokslininkai. Utrecht universiteto (Nyderlandai) fizikas Jos Uffink linkęs priimti kai kuriuos darbo aspektus, tačiau galutinai tuo nėra įtikintas. "Įvykdžius entropijos mažinimo veiksmą, stebėtojo atmintyje galėtų išlikti dalinis prisiminimas apie įvykį", sako specialistas. Nepaisant to, jis straipsnį įvardija kaip originalų, o jo išvadas - įdomiomis.