Phát hiện hai “mũi tên thời gian” trong vật lý lượng tử

Một nghiên cứu mới cho thấy thời gian có thể không chỉ chảy theo một hướng từ quá khứ đến tương lai, đặc biệt ở cấp độ lượng tử.

Công trình này được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại University of Surrey và được công bố trên tạp chí Scientific Reports.

Kết quả cho thấy trong một số hệ lượng tử, thời gian có thể tồn tại hai “mũi tên” khác nhau, nghĩa là các quá trình vật lý có thể xảy ra theo cả hai hướng thời gian.

Khái niệm “mũi tên thời gian”

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta luôn quan sát thấy thời gian di chuyển theo một hướng duy nhất.

Ví dụ:

• sữa bị đổ sẽ lan ra chứ không tự quay trở lại cốc
• đồ vật vỡ không tự ghép lại
• con người già đi chứ không trẻ lại

Hiện tượng này được gọi là mũi tên thời gian, tức là hướng tiến của thời gian từ quá khứ đến tương lai.

Tuy nhiên, nhiều phương trình cơ bản trong vật lý lại không ưu tiên bất kỳ hướng thời gian nào.

Nghiên cứu về hệ lượng tử mở

Các nhà khoa học tập trung nghiên cứu hệ lượng tử mở, tức là các hệ lượng tử tương tác với môi trường xung quanh.

Để đơn giản hóa mô hình, nhóm nghiên cứu đưa ra hai giả định chính:

• môi trường được xem là rất lớn hoặc gần như vô hạn
• năng lượng bị mất vào môi trường không quay trở lại hệ lượng tử

Nhờ cách tiếp cận này, họ có thể tập trung phân tích cách các phương trình mô tả sự tiến hóa của hệ lượng tử theo thời gian.

Phát hiện đối xứng thời gian

Kết quả cho thấy các phương trình mô tả hệ lượng tử vẫn giữ tính đối xứng theo thời gian.

Điều này có nghĩa là nếu thời gian chạy theo hướng ngược lại, hệ thống về mặt toán học vẫn hoạt động theo cùng một cách.

Nói cách khác, trong một số điều kiện, thời gian có thể tiến hoặc lùi mà không làm thay đổi các quy luật vật lý cơ bản của hệ lượng tử.

Cơ chế toán học bất ngờ

Trong quá trình phân tích, các nhà khoa học phát hiện một yếu tố quan trọng trong phương trình gọi là memory kernel.

Thành phần này mô tả cách một hệ lượng tử “ghi nhớ” những trạng thái trước đó của nó.

Điều đáng chú ý là phần này thể hiện tính đối xứng theo thời gian, củng cố khả năng tồn tại hai hướng thời gian.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện một yếu tố gián đoạn theo thời gian trong phương trình, giúp duy trì tính đối xứng này.

Ý nghĩa đối với vật lý hiện đại

Phát hiện này không có nghĩa là trong đời sống hàng ngày chúng ta sẽ thấy thời gian chạy ngược.

Tuy nhiên, nó mang lại những hiểu biết mới về:

• cơ chế của thời gian trong cơ học lượng tử
• mối liên hệ giữa vật lý lượng tử và nhiệt động lực học

bản chất sâu xa của vũ trụ

Các nhà khoa học cho rằng nghiên cứu này có thể ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực như:

• vật lý lượng tử
• vũ trụ học
• nghiên cứu về cấu trúc thời gian trong tự nhiên

Một góc nhìn mới về thời gian

Khám phá về hai “mũi tên thời gian” cho thấy hiểu biết của con người về thời gian có thể chưa hoàn chỉnh.

Trong khi thế giới vĩ mô dường như tuân theo một hướng thời gian rõ ràng, các quy luật ở cấp độ lượng tử lại cho thấy thời gian có thể linh hoạt hơn nhiều so với những gì chúng ta từng nghĩ.

Những nghiên cứu tiếp theo có thể giúp giải mã sâu hơn bản chất của thời gian và cấu trúc của vũ trụ.