Tänk om tiden inte är så fast som vi trott? Tänk om tiden istället för att flyta i en riktning – från det förflutna till framtiden – kunde flyta framåt eller bakåt på grund av processer som äger rum på kvantnivå. Det är den tankeväckande upptäckten som gjorts av forskare vid University of Surrey, då en ny studie visar att motsatta tidspilar teoretiskt sett kan uppstå i vissa kvantsystem.
I århundraden har forskare funderat över tidens pil – tanken att tiden oåterkalleligen flyter från det förflutna till framtiden. Även om detta verkar uppenbart i vår upplevda verklighet, gynnar inte de underliggande fysikaliska lagarna en enda riktning. Oavsett om tiden rör sig framåt eller bakåt förblir ekvationerna desamma.
Dr Andrea Rocco, docent i fysik och matematisk biologi vid University of Surrey och huvudförfattare till studien, säger: ”Ett sätt att förklara detta är att när man tittar på en process som spilld mjölk som sprider sig över ett bord, är det tydligt att tiden rör sig framåt. Men om du skulle spela upp det i omvänd ordning, som i en film, skulle du omedelbart veta att något var fel – det skulle vara svårt att tro att mjölk bara kunde samlas tillbaka i ett glas.
”Det finns dock processer, som till exempel en pendels rörelse, som ser lika trovärdiga ut i omvänd ordning. Pusslet är att fysikens lagar på den mest grundläggande nivån liknar pendeln; de tar inte hänsyn till irreversibla processer.
”Våra resultat tyder på att medan vår vanliga erfarenhet säger oss att tiden bara rör sig åt ett håll, är vi bara omedvetna om att den motsatta riktningen skulle ha varit lika möjlig.”
I studien, som publicerades i Scientific Reports, undersöktes hur ett kvantsystem – den subatomära världen – interagerar med sin omgivning, ett så kallat ”öppet kvantsystem”.
Forskarna undersökte varför vi uppfattar tiden som att den rör sig i en riktning, och om denna uppfattning härrör från öppen kvantmekanik.
För att förenkla problemet gjorde teamet två viktiga antaganden. För det första behandlade de den enorma miljön som omger systemet på ett sådant sätt att de bara kunde fokusera på själva kvantsystemet. För det andra antog de att miljön – som hela universum – är så stor att energi och information försvinner in i den och aldrig återvänder.
På så sätt kunde de undersöka hur tiden uppträder som ett enkelriktat fenomen, trots att tiden på mikroskopisk nivå teoretiskt sett skulle kunna röra sig i båda riktningarna.
Även efter att ha tillämpat dessa antaganden betedde sig systemet på samma sätt oavsett om tiden rörde sig framåt eller bakåt. Upptäckten gav en matematisk grund för idén att tidsomvänd symmetri fortfarande gäller i öppna kvantsystem- vilket antyder att tidens pil kanske inte är så fast som vi upplever den.
Thomas Guff, postdoktoral forskare som ledde beräkningarna, säger: ”Det överraskande med det här projektet var att även efter att ha gjort det förenklande standardantagandet för våra ekvationer som beskriver öppna kvantsystem, uppförde sig ekvationerna fortfarande på samma sätt oavsett om systemet rörde sig framåt eller bakåt i tiden.
”När vi noggrant gick igenom matematiken fann vi att detta beteende måste vara fallet eftersom en viktig del av ekvationen, ”minneskärnan”, är symmetrisk i tiden.
”Vi hittade också en liten men viktig detalj som vanligtvis förbises – en tidsdiskontinuerlig faktor uppstod som håller tidssymmetriegenskapen intakt. Det är ovanligt att se en sådan matematisk mekanism i en fysikekvation eftersom den inte är kontinuerlig, och det var mycket förvånande att se den dyka upp så naturligt.”
Forskningen ger ett nytt perspektiv på ett av fysikens största mysterier. Att förstå tidens sanna natur kan få djupgående konsekvenser för kvantmekanik, kosmologi och mer därtill.
För mer information: Thomas Guff et al, Emergence of opposing arrows of time in open quantum systems, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-87323-x
