Невблаганний хід часу може нікого не чекати, але новий експеримент дослідників з Технічного університету Дармштадта в Німеччині та Університету Роскілле в Данії показує, як у деяких матеріалах він може іноді перетасовуватися.
Дослідження того, як такі речовини, як скло, старіють, виявило перші фізичні докази того, що матеріальна міра часу є оборотною.
Здебільшого закони фізики не надто переймаються стрілою часу. Переверніть рівняння, що описує рух об’єкта, і ви зможете легко обчислити, де він почався. Такі закони ми називаємо оборотними.
У той час як багато окремих законів не підкоряються часу, долю нашого Всесвіту в цілому диктує неминуче тяжіння хаосу. В одному напрямку – свіжознесені яйця. В іншому – омлети. Жодні розрахунки не допоможуть вам знову отримати гарне кругле яйце.
З наукової точки зору, можна сказати, що час є проявом другого закону термодинаміки – тенденції до того, що ізольовані системи стають більш невпорядкованими, ніж вони були в минулому, так, що їх не можна легко відмотати назад.
Важко сказати, що вирішує, чи є матеріальна система оборотною в часі, чи керується ентропією. Ми можемо легко уявити собі іржавіння старого автомобіля, вивітрювання статуї або постійний розпад корабля, що стоїть на мілині, але такі матеріали, як скло, можуть повільно змінюватися у спосіб, який не має нічого спільного із зовнішніми корозійними силами.
Некристалічні речовини, що складаються з рідинної плутанини частинок, некристалічні речовини, які включають різні полімери та аморфні тверді речовини, такі як скло, розслабляються до теоретично стабільного стану за власним годинником, керованим ентропією. Подумайте про це як про своєрідну спеціальну теорію відносності, засновану не на гравітації чи прискоренні, а на постійній реконфігурації різноманітних молекул, що термодинамічно стають на свої місця.
Фізики описують цю міру старіння як матеріальний час. Хоча ця концепція існує з початку 1970-х років, її інтерпретація у формалізмі Тула-Нараянасвамі ніколи не була експериментально виміряна.
На це є вагома причина. Скло старіє повільно, і це неможливо зафіксувати, просто уважно спостерігаючи за ним.
“Це був величезний експериментальний виклик”, – каже провідний автор Тілль Бьомер, фізик конденсованих середовищ з Технічного університету Дармштадта.
Команда розумно використала високочутливу відеокамеру для запису розсіяного лазерного світла, яке, потрапляючи на зразок скла, утворювало інтерференційні патерни, які можна було статистично інтерпретувати як флуктуації, що передавали відчуття матеріального часу в трьох різних склоутворюючих речовинах.
Замість того, щоб бути заблокованими на шляху до рівноваги, вони знайшли докази того, що час є оборотним на молекулярному рівні, змінюючись, коли частинки штовхають і притягують одна одну в нові розташування. Якщо перемотати весь процес назад, то стає неможливо визначити, чи фільм відтворюється в прямому чи зворотному напрямку.
“Однак це не означає, що старіння матеріалів можна повернути назад”, – каже Бьомер.
В цілому, система приречена на стан, який визначається ентропією.
Проте крихітні коливання молекулярних маятників не сприяють цьому процесу, цокаючи туди-сюди, наче не помічаючи плину часу, що їх оточує.