Время как иллюзия: новая модель, объединяющая кванты и гравитацию

от

Автор: Денис Аветисян

Исследование предлагает принципиально новый взгляд на природу времени, рассматривая его не как фундаментальную величину, а как возникающее свойство квантовой запутанности.

🧐

Купил акции по совету друга? А друг уже продал. Здесь мы учимся думать своей головой и читать отчётность, а не слушать советы.

Бесплатный телеграм-канал
Локальные подсистемы, запутанные с глобальным состоянием времени, демонстрируют различную эволюцию корреляций, обусловленную различиями в геометрии пространства-времени и движении, что приводит к субъективному восприятию течения времени каждым наблюдателем и воспроизводит релятивистское замедление времени в рамках квантово-реляционной модели.
Локальные подсистемы, запутанные с глобальным состоянием времени, демонстрируют различную эволюцию корреляций, обусловленную различиями в геометрии пространства-времени и движении, что приводит к субъективному восприятию течения времени каждым наблюдателем и воспроизводит релятивистское замедление времени в рамках квантово-реляционной модели.

Предложенная реляционная модель времени успешно интегрирует квантовую механику и общую теорию относительности в контексте космологии Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера.

Фундаментальная природа времени остается одной из центральных проблем современной физики, особенно в контексте объединения квантовой механики и общей теории относительности. В работе «Реляционное возникающее время для квантовой системы: многонаблюдательский, гравитационный и космологический подход» предложена новая структура, в которой время не является фундаментальной величиной, а возникает из корреляций внутри глобального стационарного квантового состояния. Эта модель успешно объединяет реляционную квантовую механику с релятивистскими эффектами и космологической экспансией, описывая время как зависящее от наблюдателя и возникающее из квантовой запутанности. Не раскроет ли дальнейшее исследование предложенного подхода новые возможности для понимания фундаментальных основ времени и проверки квантовой гравитации?

Вневременные Основы: Проблема Абсолютного Времени

Традиционная физика, на протяжении столетий являясь основой понимания Вселенной, предполагает существование абсолютного, универсального времени — некой фундаментальной величины, одинаково текущей для всех наблюдателей и процессов. Однако, при попытке объединить эту концепцию с квантовой механикой, особенно в контексте квантовой гравитации, возникают серьезные концептуальные трудности. Представление о времени как о фоне, независимом от динамики Вселенной, противоречит принципам ковариантности и релятивистской физике, а также приводит к проблемам при попытке описать эволюцию Вселенной вблизи сингулярностей, таких как Большой Взрыв. Эти противоречия заставляют ученых пересматривать само понятие времени, рассматривая его не как фундаментальную величину, а как эмерджентное свойство, возникающее из более глубоких, вневременных структур, описываемых, например, с помощью волновой функции Вселенной и гамильтонова ограничения.

Ограничение Гамильтона, фундаментальное уравнение в квантовой гравитации, предполагает поразительную возможность: базовая реальность Вселенной может быть вне времени. Вместо динамичной эволюции, описываемой привычными нам часами, Вселенная может существовать как статичное, единое квантовое состояние, охватывающее всё сущее одновременно. Это глобальное квантовое состояние, лишенное внутренней последовательности “до” и “после”, представляет собой своего рода “замороженную” картину Вселенной, где все события сосуществуют в едином моменте. Такой подход устраняет необходимость в фундаментальной переменной времени на самом базовом уровне, хотя и порождает вопрос о механизмах, посредством которых субъективное восприятие времени возникает для наблюдателей, находящихся внутри этой вневременной структуры. Рассматривая Вселенную как единое, статичное квантовое состояние, исследователи стремятся обойти парадоксы, возникающие при попытке объединить квантовую механику и общую теорию относительности, где время выступает в качестве динамической переменной.

Если время не является фундаментальной величиной, возникает закономерный вопрос о его происхождении для наблюдателей, существующих внутри вселенной. Современные исследования в области квантовой гравитации предполагают, что воспринимаемое течение времени может быть эмерджентным свойством, возникающим из статического, вневременного состояния вселенной. Предполагается, что наблюдатели, взаимодействуя с этим статичным состоянием, и создают иллюзию временного потока, подобно тому, как волны возникают на поверхности океана, хотя сам океан в своей основе остается неизменным. Такой подход предполагает, что «моменты» времени не являются фундаментальными кирпичиками реальности, а скорее отражают корреляции между различными конфигурациями вселенной, наблюдаемыми из конкретной перспективы. Понимание механизмов, посредством которых эти корреляции порождают ощущение времени, представляет собой одну из ключевых задач современной теоретической физики, требующую переосмысления традиционных представлений о пространстве, времени и реальности в целом.

Вселенная представляется как стационарный многомерный гиперкуб, в котором каждый наблюдатель, благодаря своему внутреннему времени и эффектам релятивистского замедления, воспринимает лишь одномерный срез, создающий иллюзию непрерывного течения времени.
Вселенная представляется как стационарный многомерный гиперкуб, в котором каждый наблюдатель, благодаря своему внутреннему времени и эффектам релятивистского замедления, воспринимает лишь одномерный срез, создающий иллюзию непрерывного течения времени.

Возникающее Время: Реляционный Подход

В рамках концепции «Возникающего Времени» время рассматривается не как предсуществующее измерение, а как результат корреляций между подсистемами и глобальными часами. Данный подход предполагает, что ощущение течения времени возникает из взаимосвязей между различными частями Вселенной и эталонным «временем», определяемым на уровне всей системы. Вместо абсолютной временной шкалы, время становится свойством этих взаимосвязей, проявляясь как изменение состояний подсистем относительно глобального контекста. Таким образом, время — это не внешний параметр, а внутреннее свойство динамических процессов внутри Вселенной, возникающее из её структуры и взаимодействий.

Разложение Гильбертова пространства является ключевым инструментом в рамках концепции «эмерджентного времени». Оно предполагает разделение полной системы на два функциональных подпространства: подпространство «часов» и подпространство подсистем. Подпространство «часов» описывает глобальные степени свободы, определяющие внутренний ход времени, в то время как подпространство подсистем включает в себя все остальные степени свободы, характеризующие конкретные физические системы. Математически, это разделение выражается как $H = H_{clock} \otimes H_{subsystem}$, где $H$ — полное Гильбертово пространство, а $H_{clock}$ и $H_{subsystem}$ — пространства, описывающие соответственно «часы» и подсистемы. Данное разделение позволяет рассматривать время не как абсолютную величину, а как свойство, возникающее из корреляций между этими подпространствами.

В рамках концепции «возникающего времени» время не рассматривается как абсолютная, универсальная величина, а определяется релятивно — как функция от внутреннего «часа» подсистемы и корреляции её состояний с состоянием Вселенной в целом. Это означает, что время для конкретной подсистемы возникает из её взаимодействия с глобальным «часом», заданным всей Вселенной, и проявляется в наблюдаемых изменениях внутри этой подсистемы. Таким образом, время не является внешним параметром, в котором протекают процессы, а является результатом внутренних процессов подсистемы, определяемых её связью с глобальным состоянием Вселенной и измеряемых через корреляции между её степенями свободы. Измерение времени в данной модели напрямую связано с определением этой корреляции и, следовательно, зависит от конкретной подсистемы и её взаимодействия с остальной Вселенной.

В рамках динамики Шрёдингера наблюдается монотонное снижение локальной когерентности подсистемы с ростом её запутанности с тактовым сигналом, что соответствует стандартной модели.
В рамках динамики Шрёдингера наблюдается монотонное снижение локальной когерентности подсистемы с ростом её запутанности с тактовым сигналом, что соответствует стандартной модели.

Квантовая Динамика Возникающего Времени

Эволюция подсистемы описывается эффективной эволюцией Шрёдингера, условно определяемой состоянием глобальных часов, представленных условным квантовым состоянием. В рамках данной модели, состояние подсистемы в момент времени $t$ определяется как $ |\psi(t)\rangle = \langle C(t) | \Psi \rangle $, где $ |C(t)\rangle $ — состояние глобальных часов, а $ |\Psi\rangle $ — полное состояние системы, включающей подсистему и часы. Эффективное уравнение Шрёдингера, действующее на состояние подсистемы, зависит от состояния часов и, таким образом, не описывает эволюцию в абсолютном времени, а является следствием корреляций между подсистемой и глобальными часами. Это условное описание позволяет рассматривать временную эволюцию как результат измерений, проводимых над глобальными часами, и позволяет отследить изменение состояния подсистемы относительно этих измерений.

В отличие от традиционного уравнения Шрёдингера, описывающего эволюцию во времени как абсолютной величине, динамика подсистемы в данной модели является эмерджентной, возникающей из реляционной структуры взаимодействия между подсистемой и глобальными “часами”. Эмерджентная динамика не подразумевает существование внешнего, независимого параметра времени, а является следствием корреляций между состояниями подсистемы и глобальных часов. Математически, эволюция описывается эффективным уравнением Шрёдингера, обусловленным состоянием глобальных часов, что указывает на то, что “время” является не фундаментальной величиной, а свойством, возникающим из отношений между компонентами системы. Таким образом, $i\hbar \frac{d}{dt}|\psi(t)\rangle = H|\psi(t)\rangle$ действует не в абсолютном времени, а в контексте конкретного состояния глобальных часов.

Фундаментальная роль запутанности в формировании динамики времени заключается в том, что корреляции между глобальными «часами» и рассматриваемой подсистемой являются основой для возникновения эффективной эволюции. В данной модели, время не является абсолютной величиной, а скорее, возникает как результат квантовых корреляций. Степень запутанности между «часами» и подсистемой определяет характер и скорость эффективной эволюции подсистемы, описываемой, например, эффективным уравнением Шрёдингера, условным по состоянию глобальных часов. Таким образом, временная динамика является не свойством подсистемы как таковой, а свойством её взаимосвязи с глобальным «часами» через квантовую запутанность. Изменение степени запутанности приводит к изменению наблюдаемой временной динамики.

Внешние Влияния и Релятивистские Эффекты

В рамках концепции «возникающего времени» относительность пространства и времени проявляется не как фундаментальное свойство Вселенной, а как следствие глобальных корреляций. Согласно данной модели, скорость «возникающего времени» — времени, определяемого через эти корреляции — напрямую зависит от релятивистских эффектов. Специальная теория относительности оказывает влияние посредством изменения темпов течения времени в различных инерциальных системах отсчета, а космологическое расширение Вселенной модулирует скорость «возникающего времени» в зависимости от масштаба и скорости расширения. Таким образом, $t_{emergent}$ не является абсолютной величиной, а динамически изменяется в соответствии с релятивистскими процессами, что позволяет описывать временные эффекты, предсказанные как специальной, так и общей теорией относительности, в рамках единой концептуальной схемы.

Данная теоретическая модель успешно воспроизводит предсказания общей теории относительности Эйнштейна относительно замедления времени в гравитационных полях. В рамках предложенного подхода, гравитационное замедление времени возникает как естественное следствие влияния геометрии пространства-времени на скорость «эмерджентного времени» — времени, возникающего из глобальных корреляций в системе. Проведенные исследования демонстрируют, что предсказания модели полностью согласуются с известными результатами, полученными в рамках общей теории относительности для различных конфигураций пространства-времени, включая статические и динамические гравитационные поля. Этот факт подтверждает состоятельность предложенного подхода и его потенциальную способность служить альтернативным способом описания гравитационных явлений, дополняющим традиционные методы.

Модель демонстрирует соответствие предсказаниям специальной теории относительности относительно релятивистского замедления времени в кинематических режимах. Это означает, что скорость течения времени, предсказанная моделью, согласуется с тем, как время замедляется для объектов, движущихся с высокой скоростью. Более того, в рамках ускоренно расширяющейся космологической модели, наблюдается подавление потока времени, что соответствует эффектам, возникающим у космологического горизонта. Такое подавление указывает на то, что чем ближе наблюдатель к горизонту, тем медленнее течет время в рамках данной модели, подтверждая связь между глобальными корреляциями и восприятием времени.

Время, которое непосредственно ощущает наблюдатель — так называемое собственное время — тесно связано с, но отличается от, “эмерджентного” времени, выводимого из глобальных корреляций в рамках данной модели. В то время как собственное время является локальной величиной, зависящей от движения и гравитационного потенциала конкретного наблюдателя, эмерджентное время представляет собой своего рода “усредненный” поток времени, возникающий из корреляций между различными частями системы. Эта разница подчеркивает, что время не является абсолютной величиной, а скорее проявляется по-разному в зависимости от точки отсчета и масштаба наблюдения. Таким образом, эмерджентное время можно рассматривать как фундаментальный параметр, определяющий динамику системы в целом, в то время как собственное время является лишь одним из возможных способов его проявления для конкретного наблюдателя. Это разделение позволяет лучше понять природу времени и его связь с пространством и информацией, особенно в контексте релятивистских эффектов и космологической экспансии.

За Пределами Стандартной Модели: Перспективы Будущих Исследований

Предлагаемая структура расширяет идеи, заложенные в рамках Пейджа-Вутерса, представляя собой более полное понимание реляционного времени. В то время как оригинальная модель фокусировалась на отсутствии абсолютного времени и его возникновении из корреляций между наблюдателями, данная разработка углубляет этот подход, исследуя сложные взаимосвязи между различными системами и их влиянием на восприятие времени. Она предлагает новый взгляд на то, как время возникает не как фундаментальная характеристика вселенной, а как свойство, возникающее из взаимодействия её компонентов. Такой подход позволяет рассматривать время не как универсальный параметр, а как контекстно-зависимую величину, определяемую конкретными отношениями между наблюдаемыми системами, открывая перспективы для разрешения парадоксов, возникающих в контексте квантовой гравитации и космологии.

Дальнейшие исследования направлены на изучение последствий концепции эмерджентного времени для квантовой космологии и природы чёрных дыр. В рамках этой перспективы, время перестает быть фундаментальной величиной, а возникает как корреляция между степенями свободы внутри Вселенной. Это открывает новые возможности для описания ранней Вселенной, избегая сингулярностей, возникающих в классической космологии. В частности, предполагается, что эмерджентное время может предоставить новый взгляд на проблему измерения во Вселенной и объяснить происхождение стрелы времени. Что касается чёрных дыр, то понимание времени как эмерджентного явления может пролить свет на парадокс информационного исчезновения, предлагая механизмы сохранения информации, которые невозможны в рамках традиционного подхода. Предполагается, что горизонт событий чёрной дыры может быть не абсолютной границей, а скорее результатом эмерджентной структуры времени и пространства, что требует пересмотра существующих моделей и может привести к новым теоретическим открытиям в области гравитации и квантовой механики.

Переход от концепции абсолютного времени к изучению реляционных корреляций открывает новые перспективы в понимании фундаментальной структуры Вселенной. Традиционное представление о времени как универсальной и независимой величине уступает место взгляду на него как на свойство отношений между физическими системами. Исследования показывают, что время возникает не как нечто внешнее, а как результат корреляций между переменными, описывающими эти системы. Этот подход позволяет переосмыслить природу реальности, рассматривая её не как статичную сущность, существующую во времени, а как динамическую сеть взаимосвязанных событий, где время является лишь одним из аспектов этой взаимосвязи. Подобный сдвиг парадигмы может привести к разработке новых теоретических моделей, способных объяснить сложные явления, такие как квантовая гравитация и природа тёмной энергии, и, в конечном итоге, к более полному и глубокому пониманию мироздания.

Исследование показывает, что время не является абсолютной величиной, а возникает как результат взаимодействия между отдельными подсистемами и глобальными часами. Это перекликается с идеей о том, что порядок возникает из локальных правил, а не из централизованного управления. Как однажды заметил Пол Дирак: «Я не думаю, что физика должна быть понятна для каждого». Подобно тому, как лес развивается без лесника, но с правилами света и воды, время в данной модели формируется из квантовой запутанности и отношений между наблюдателями. Центральным моментом является отказ от глобального состояния, что подчеркивает важность локальных взаимодействий в формировании наблюдаемой реальности и, как следствие, времени.

Куда Ведет Релятивное Время?

Представленная работа, стремясь к согласованности квантовой механики и релятивистской гравитации через концепцию эмерджентного времени, лишь обозначает горизонт, а не завершает путешествие. Проблема глобального состояния, даже при учете релятивности и запутанности, сохраняет свою сложность. Ведь сама попытка определить «глобальные часы» подразумевает некий привилегированный статус для одной подсистемы, что противоречит духу истинной релятивности. Не стоит искать архитектора порядка — скорее, необходимо исследовать, как локальные правила взаимодействия сами по себе порождают иллюзию единого течения времени.

Более продуктивным представляется отказ от поиска «истинного» времени вообще. Вместо этого, следует сосредоточиться на описании корреляций между подсистемами, не пытаясь свести их к общей временной координате. Развитие методов анализа информации, заключенной в структуре запутанности, может оказаться более перспективным, чем попытки «построить» время из фундаментальных кирпичиков. В конечном счете, контроль над временем — иллюзия, а влияние на вероятности его проявления — реальность.

Перспективы применения данной концепции простираются от космологических моделей, где время возникает вместе с Вселенной, до квантовых вычислений, где запутанность может использоваться для создания нетривиальных временных структур. Однако, необходимо помнить, что порядок не нуждается в оправдании — он просто возникает. И задача исследователя — не найти его причину, а описать его проявления.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2512.15789.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2025-12-19 09:31