В современной физике направление времени задается вторым началом термодинамики: энтропия — мера беспорядка — в замкнутой системе всегда увеличивается. Именно поэтому яйцо разбивается, но не собирается обратно. Однако это справедливо для привычных нам масштабов и плотностей. Вопрос в том, действует ли то же правило в нейтронных звездах, где звездные массы сжимаются до диаметра 10-20 км.
Исследователи из Дурбанского технологического университета (ЮАР) сконцентрировались на так называемых эпохальных функциях — математических объектах, которые описывают ключевые свойства пространства-времени. Они выделили четыре ключевых параметра: скаляр Риччи (отклонение локальной кривизны от плоского пространства), квадрат Риччи (деформация объемов вдоль траекторий), скаляр Кречмана (обнаружение истинных сингулярностей) и тензор Вейля (искажения от приливных эффектов). Вместе они полностью описывают, как пространство-время изгибается, сжимается и деформируется.
Ученые смоделировали ситуацию, в которой нестабильная нейтронная звезда испытывает гравитационный коллапс. Математически они поместили такой объект в модель пространства-времени и рассчитали изменение всех четырех параметров во времени. Результат оказался неожиданным: эпохальные функции, включающие скаляры Риччи и Кречмана, «очевидно постепенно убывали по мере развития коллапса». А убывание энтропии — это локальное обращение стрелы времени.
Представьте себе, что разбитая чашка вдруг собирается сама собой, а зубная паста втягивается обратно в тюбик. Вот что математически происходит внутри такой звезды.
В чем причина этого парадокса? Исследователи обращают внимание на принципиально разные «наклонности» двух типов энтропии, пишет Popular Mechanics. Обычная материальная энтропия стремится разбросать частицы как можно равномернее. А вот гравитационная энтропия — относительно новая концепция — наоборот, «предпочитает» скучивание вещества. Внутри нейтронной звезды гравитация настолько сильна, что побеждает обычную энтропию, и общая энтропия локально уменьшается. На языке физики это означает, что время внутри коллапсирующего объекта течет вспять относительно внешнего наблюдателя.
Работа южноафриканских ученых — результат строгих математических расчетов в рамках существующих уравнений общей теории относительности. Она помогает решить давнюю загадку: почему ранняя Вселенная, возникшая из состояния с колоссальной энтропией, тем не менее демонстрирует сегодня привычное нам течение времени? Возможно, ответ в том, что в некоторых локальных областях — например, внутри коллапсирующих нейтронных звезд — стрела времени всегда была направлена противоположно, компенсируя общий рост энтропии.
Как показал эксперимент команды физиков из Австралии и других стран, фотоны могут проводить «отрицательное время» внутри облака атомов, то есть как бы покидать его до того, как входят. Результаты исследования демонстрируют, что известный десятилетиями эффект — реальный и измеримый квантовый феномен, а не случайный артефакт эксперимента.
