Исследователи обнаружили «стрелу времени» в космосе, где время течет вспять

Представьте себе уголок Вселенной, где разбитая чашка как будто снова собирается, а хаос сам превращается в порядок. Именно такой парадоксальный сценарий описывает новая работа астрофизиков из Дурбанского технологического университета (ЮАР), опубликованная в European Physical Journal C. Учёные смоделировали коллапс нейтронной звезды и показали, что в её недрах «стрела времени» может локально развернуться, а энтропия — начать уменьшаться.

В нашей повседневной реальности время двигается только в одном направлении: увядший цветок не оживает, осколки вазы не складываются обратно, а пролитое молоко не возвращается в пакет. Этот необратимый ход событий физики описывают понятием «стрела времени», которое связано со вторым законом термодинамики и ростом энтропии — меры беспорядка во Вселенной. Чем больше хаоса, тем дальше система уходит от исходного состояния, и обратно её уже не вернуть без дополнительных затрат энергии.

Именно поэтому любое замкнутое пространство естественным образом стремится к неупорядоченности: горячее остывает, газ расширяется, структуры разрушаются. Но новая работа южноафриканских астрофизиков показывает, что в экстремальных гравитационных условиях картина может быть иной.

Что предложили астрофизики из ЮАР

Команда из Дурбанского технологического университета построила модель пространства-времени и «поместила» в неё нестабильную нейтронную звезду — объект чудовищной плотности, рождающийся после взрыва массивной звезды.

Учёные проследили, как при гравитационном коллапсе меняются ключевые кривизны пространства-времени (такие как тензор Риччи и скаляр Крейчмана) и связанные с ними так называемые «эпохальные функции» — математические показатели, которые можно интерпретировать как меру гравитационной энтропии. Оказалось, что в процессе сжатия эти функции не растут, а монотонно убывают, что в терминах термодинамики выглядит как движение времени в обратном направлении.

Иначе говоря, вместо привычного рассеивания и нарастания беспорядка мы видим противоположный процесс — всё «складывается» и упорядочивается, словно кто-то нажал на кнопку обратной перемотки.

Два типа хаоса: обычный и гравитационный

Чтобы понять, почему это вообще возможно, авторы работы разделяют два рода беспорядка.

• Обычный термодинамический хаос
  Это знакомая нам картина: тепло рассеивается, газ расширяется, вещество разлетается, а сложные структуры со временем разрушаются. Взрыв звезды разбрасывает её вещество по галактике, и общая энтропия окружающего пространства растёт.
• Гравитационный «хаос», который рождает порядок
  Под действием гравитации огромные массы материи, наоборот, собираются, скучиваются и уплотняются. Облака газа схлопываются в звёзды и планеты, галактики формируют структуры, и на математическом языке степень беспорядка в таких системах может снижаться.

Нейтронные звёзды оказываются идеальной «лабораторией», где гравитация доминирует над всеми другими процессами. Эти объекты вмещают массу, сравнимую или большую, чем у Солнца, в шар размером с большой город. Чайная ложка вещества нейтронной звезды на Земле весила бы как огромная гора, а гравитация на её поверхности настолько сильна, что искривляет само пространство-время.

Когда такая звезда становится нестабильной и начинает коллапсировать, гравитация работает как гигантский космический пресс. Вместо того чтобы разбрасывать вещество, она стягивает его в сверхплотное состояние, где материя и энергия предельно упорядочены. По расчётам южноафриканских исследователей, в таких условиях локальная энтропия именно падает, а не растёт.

Время вспять — но не для космонавта

Важно подчеркнуть: это не значит, что если человек чудом оказался бы внутри такой звезды, он начал бы молодеть, а его жизнь бы пошла в обратную сторону. Речь идёт о строгой математической модели, которая описывает, как ведут себя гравитационные поля, кривизна пространства-времени и связанная с ними энтропия в экстремальных условиях.

«Разворот стрелы времени» здесь — это прежде всего смена направления процесса упорядоченности: система идёт не от порядка к беспорядку, а наоборот. При этом для остальной Вселенной, за пределами этого гравитационного «кармана», время продолжает идти вперёд, и энтропия в среднем по-прежнему растёт. Такой эффект уже обсуждался и в квантовых экспериментах, где отдельные микроскопические системы демонстрировали локальное «обращение» стрелы времени на фоне общей термодинамической необратимости.

Зачем нам эта странная идея

На первый взгляд, вся история кажется чистой экзотикой на грани научной фантастики. Но подобные модели нужны физикам не ради красивых заголовков, а чтобы ответить на более фундаментальные вопросы о происхождении и эволюции Вселенной.

Один из главных парадоксов космологии — почему после горячего и хаотичного начала, которое принято описывать как Большой взрыв, Вселенная смогла породить столь упорядоченные структуры: галактики, звёзды, планеты и, в конечном счёте, жизнь. Исследования гравитационной энтропии и возможных областей с «обратной» стрелой времени могут подсказать, как космический хаос и космический порядок сосуществуют и взаимно уравновешивают друг друга.

С точки зрения таких гипотез, Вселенная может содержать зоны, где энтропия растёт (наш привычный мир) и карманы, где она падает — например, в недрах коллапсирующих нейтронных звёзд. Пока в одной части космоса всё распадается и стареет, в другой всё сжимается и упорядочивается, а глобальный баланс оказывается куда сложнее, чем это предполагают школьные учебники.

Космос, в котором прошлое и будущее встречаются

Новая модель далека от окончательно доказанной теории: это один из возможных математических описаний поведения экстремальных объектов, а не фото из недр реальной нейтронной звезды. Однако она заставляет иначе взглянуть на то, как устроен наш космос и насколько «жёсткими» на самом деле являются фундаментальные законы.

Если такие области с обратной стрелой времени действительно существуют, то где‑то в глубинах умирающих звёзд прошлое и будущее как минимум в математическом смысле действительно могут встречаться. Для нас это не повод ждать, что разбитая чашка на кухне внезапно соберётся сама, но серьёзный стимул пересобрать наши представления о времени, энтропии и границах возможного во Вселенной.

Напомним, ученые нашли доказательства, что Землю посещали высокоразвитые цивилизации.