Физики ставят под сомнение привычное представление о пространстве-времени. Новое исследование предполагает, что время и пространство могут быть отдельными сущностями, а квантовые объекты могут раскрывать тайны геометрии Вселенной.
В XIX веке физики считали, что пространство и время — это две отдельные сущности. Теперь же группа ученых предлагает, что они могли быть правы. Их вывод ставит под сомнение устоявшуюся концепцию четырехмерного пространства-времени, которое принято считать основной структурой нашего мира. В ходе исследования исследователи изучили поведение одного квантового бита во времени и нашли неожиданные параллели с геометрией трехмерного пространства.
Работа была опубликована на сервере препринтов arXiv, сообщает New Scientist.
Кубит — это квантовый объект, способный находиться в двух состояниях одновременно, например, в двух различных спинах. Благодаря квантовой суперпозиции, кубит может существовать в сочетании этих состояний, что невозможно для обычных объектов.
Долгое время физики выдвигали предположение, что существует некая скрытая связь между квантовыми объектами и геометрией пространства. Теперь же ученые выдвинули гипотезу, что эта геометрия может быть закодирована в поведении кубита во времени.
Для проверки своей теории физики создали математическую модель кубита, который можно измерять последовательно в течение заданного периода времени. Исследователи проанализировали, как результаты этих измерений могут зависеть от интервалов времени, при этом не зная начальное состояние кубита. Этот подход можно сравнить с попыткой понять, как поведение кубита сегодня может быть связано с его действиями в прошлом.
В ходе анализа ученые обнаружили, что структура взаимосвязей этих данных напоминает геометрию трехмерного пространства. В частности, изучая поведение кубита во времени, они вывели формулу для измерения расстояний, что эквивалентно Евклидовой метрике.
По словам авторов исследования, геометрия пространства намного сложнее той, которую удалось вывести с помощью расчетов кубита во времени. Тем не менее, вывод Евклидовой метрики без знания начального состояния кубита может указывать на некую связь пространства с временем и квантовой информацией.
Исследователи пришли к выводу, что время каким-то образом отделено от пространства, поскольку геометрия трехмерного пространства может быть выведена только из временных изменений.
Пространство и время традиционно считаются частями четырехмерного континуума, известного как пространство-время, которое лежит в основе физической реальности. Отказ от этого континуума противоречит законам специальной теории относительности Эйнштейна, что делает новую гипотезу спорной. Однако есть ученые, которые считают, что пространство и время все же могут быть разделены. Некоторые теории предполагают, что время не нуждается в структуре и должно восприниматься как последовательность моментов, происходящих один за другим, без осмысленного прошлого и будущего.
Критики новой работы утверждают, что она не объясняет механизм, при котором пространство возникает из времени.
Тем не менее, авторы исследования уверены, что в будущем их гипотезу можно будет проверить с помощью экспериментов. Например, ультрахолодные квантовые объекты, такие как кубиты в квантовых компьютерах, могут принимать состояния суперпозиции, аналогичные тем, которые исследуются в их работе. Но, вероятно, многие математические вопросы останутся нерешенными, и обсуждения о природе пространства-времени продолжатся еще долго.
Однако авторы исследования полагают, что пространство-время может быть лишь фикцией и удобной моделью для описания процессов во Вселенной, и в конце концов оно может быть вовсе не нужно.
