A fizikusok régóta próbálják megfejteni az idő titokzatos természetét. Egy nemrégiben megjelent elméleti tanulmány szerint pedig az idő talán nem más, mint a kvantumösszefonódásból eredő illúzió. Ez annyiban radikális szemlélet, hogy eszerint tehát az idő nem az univerzum alapvető része, hanem egy olyan jelenség, ami a kvantumszintű összefüggésekből bontakozik ki.

Az idő viselkedésének eltérő módjai a két legfontosabb elméleti rendszerünkben – a kvantummechanikában és az általános relativitáselméletben – jelentik az egyik legkomolyabb akadályt ahhoz, hogy kidolgozzunk egy egységes “mindenség elméletét”. A kvantummechanika ugyanis az időt rögzített, egyirányú áramlásnak tekinti, míg az általános relativitáselmélet az időt és a teret összekapcsolva tárgyalja, így ez utóbbi szerint nagy sebesség vagy erős gravitáció hatására maga az idő is meghajolhat. Ez a kettősség így egy alapvető zsákutcát jelent a fizikusok számára.

A Physical Review A folyóiratban közzétett legújabb tanulmány – melyet többek között Alessandro Coppo, az Olasz Nemzeti Kutatási Tanács munkatársa is jegyez – viszont felteszi, hogy a kvantumösszefonódás révén az idő összeegyeztethető mind a klasszikus, mind pedig a kvantumtörvényekkel – számol be róla a Live Science.

Miről van szó? Nagyon egyszerűen a következőről: a mostani elképzelés alapján az idő nem egy önálló és alapvető eleme az univerzumnak, hanem egy olyan jelenség, amely abból adódik, hogy a kvantum szinten lévő rendszerek összefonódnak egy másik rendszerrel, amit órának nevezhetünk. Ez az összefüggés, az összefonódás hozza létre azt az időérzékelést, amit mi valóságként tapasztalunk. Mint azt Alessandro Coppo a Live Science-nek nyilatkozta:

“Létezik egy mód arra, hogy az időt olyan formában vezessük be, amely összhangban van mind a klasszikus, mind a kvantumtörvényekkel, és ez az összefonódás megnyilvánulását jelenti. Az óra és a rendszer közötti korreláció hozza létre az idő megjelenését, ami alapvető összetevője az életünknek.”

A probléma megoldása érdekében a kutatók az úgynevezett Page és Wootters mechanizmushoz fordultak. Ezt az elméletet először 1983-ban vetették fel, és ez alapján az idő egy objektum számára annak kvantum-összefonódása révén jelenik meg egy másik objektummal, amely óraként működik. Ilyen összefonódás hiányában az elmélet szerint az idő nem létezik, és a rendszer egy fagyott és változatlan univerzumot eredményez.

A Page és Wootters mechanizmust két összefonódott, de egymással nem kölcsönható elméleti kvantumállapotra alkalmazták. Az egyik állapot egy rezgő harmonikus oszcillátor volt, a másik pedig apró mágnesekből álló óra. Az oszcillátor olyan rendszer, ami periodikusan rezeg, míg az apró mágnesek állapotváltozásait egy órához hasonlították.

A kutatók azt találták, hogy az így létrejött rendszer viselkedése pontosan leírható a Schrödinger-egyenlettel. Ez az egyenlet a kvantummechanikában a részecskék és rendszerek állapotváltozásait írja le az idő függvényében. Az ő modelljükben azonban az idő fogalma helyett a mágnesek állapotváltozásai szolgáltak időmérőként. Tehát a Schrödinger-egyenlet az idő helyett az apró mágnesek, mint óra állapotváltozásai alapján futott, jelezve, hogy az idő ezen állapotokból ered.

Az igazán innovatív lépés a kutatók részéről azonban ezután következett: a csapat ugyanis kétszer is megismételte a számításaikat: először azt feltételezték, hogy a mágneses óra, másodszor pedig, hogy a harmonikus oszcillátor makroszkopikus (nagyobb) objektumok.

Az eredmények alapján pedig ekkor az egyenletek leegyszerűsödtek a klasszikus fizika egyenleteivé, ami erősen utal arra, hogy az idő áramlása valóban az összefonódás következménye, még nagyobb méretű objektumok esetén is.

Mint azt Coppo nyilatkozta:

“Erősen hiszünk abban, hogy a helyes és logikus irány az, ha a kvantumfizikából indulunk ki, és megértjük, hogyan lehet elérni a klasszikus fizikát, nem pedig fordítva.”

Ez azt jelenti, hogy végre közelebb jutottunk a “Mindenség elméletéhez”? A fizikusok egy része óvatos a mostani eredményekkel. Többen bár érdekes ötletnek találják az idő kvantumszintű eredetének a magyarázatát, azt mondják, hogy eddig még nem sikerült semmilyen tesztelhető eredményt produkálni.

Vlatko Vedral, az Oxfordi Egyetem kvantuminformáció-tudomány professzora szerint matematikailag következetes elképzelni az univerzális időt a kvantummezők és a háromdimenziós tér kvantumállapotai közötti összefonódásként. Azt viszont már senki sem tudja, hogy ez a felvetés hoz-e valami újat vagy hasznosat, például a kvantumfizika és az általános relativitáselmélet módosításait, illetve az ezekhez kapcsolódó kísérleti teszteket.

E kételyek ellenére a kvantummechanikából kiinduló időelméletek építése ígéretes kiindulópont lehet, feltéve, hogy a gyakorlatban is tesztelhetővé válnak. Adam Frank, a New York-i Rochester Egyetem elméleti fizikusa így nyilatkozott:

“Lehet, hogy van valami az összefonódásban, ami szerepet játszik. Talán az idő megértésének egyetlen módja nem egy isteni szemszögből történik, hanem belülről, abból a szempontból, hogy mi az, ami az életben ilyen módon jeleníti meg a világot.”

(A cikkhez használt képet a DALL-E generálta/Rakéta.hu)