Т-симметриясы

"қиқаң-қоқаң" деп аталатын ойыншық көлденең қимада уақыттың өзгермейтіндігінің екі аспектісін көрсетеді. Тұғырдың үстіне қозғалысқа келтіргенде (суреттегідей екі жаққа тербеледі) фигура өте ұзақ тербеледі.

Т-симметриясы немесе Уақыттың кері симметриясы (ағылш. T-symmetry, немесе ағылш. time reversal symmetry) —— уақыттың алға немесе артқа жылжуына қарамастан, физика заңдары бірдей болатыны туралы теориялық ереже. Процесс Т-симметриялы деп аталады, егер ол кері орындалғанда, ол әлі де табиғаттың негізгі заңдарына бағынатын болса. Дегенмен, макроскопиялық және микроскопиялық құбылыстарды бақылау Т-симметриясының ғаламның тамаша заңы емес екенін көрсетеді.

$T:t\mapsto -t.$

Термодинамиканың екінші заңы болашаққа қарай уақыт ағымына байланысты энтропия (ретсіздігі, бұрдығу, кеусеу, бұзылу, жалаңдану, тб.) артатынын айтқандықтан, жалпы алғанда, макроскопиялық ғалам уақыттың өзгеруі кезінде симметрияны көрсетпейді. Басқаша айтқанда, термодинамиканың екінші заңы уақыт симметриясының сақталуын болжайтын арнайы тепе-теңдік күйлерін айтпағанда, уақыт симметриялы емес, немесе асимметриялы. Дегенмен, классикалық түсіндірулерге қарамастан, кванттық бейинвазивті өлшеулер (quantum noninvasive measurements) тіпті тепе-теңдік күйінде де уақыт симметриясы бұзылады деп болжайды, дегенмен бұл әлі эксперименталды расталмаған.

Уақыт ассиметриясы (уақыт жебесін қараңыз) әдетте үш санаттың бірінде туындайды:

• динамикалық физика заңына тән (мысалы, әлсіз күш үшін)
• Әлемнің бастапқы жағдайларына байланысты (мысалы, термодинамиканың екінші заңы үшін)
• өлшеулерге байланысты (мысалы, бейинвазивті өлшеулер үшін)

Макроскопиялық және микроскопиялық Т-симметриясы

Макроскопиялық әлем мен микроскопиялық әлем арасындағы контраст Т-симметриясын түсінудің кілті болып табылады.

Бильярд доптарының соқтығысуы сияқты бөлшектердің өзара әрекеттесуін басқаратын микроскопиялық процестер негізінен Т-симметриялы болып табылады. Қарапайым соқтығысты видеоға түсіріп, оны керісінше ойнатсаңыз, бұл қалыпты, физикалық тұрғыдан дұрыс оқиғаға ұқсайды.

Макроскопиялық процестер, керісінше, басым түрде қайтымсыз. Жарылған жұмыртқа ешқашан өздігінен тұтас жұмыртқаға айналмайды.

Бұл көрінетін қайшылық Термодинамиканың екінші заңымен түсіндіріледі, онда тұйық жүйенің энтропиясы (ретсіздігі) уақыт өткен сайын артуы керек. Макроскопиялық жүйелер уақыт өте келе тәртіпсіз болады және бұл процесті кері қайтару статистикалық тұрғыдан мүмкін емес, және түбегейлі мағынада да мүмкін емес.

Кванттық механика және Т-симметриясы

Кванттық деңгейде уақытты өзгерту операторы уақытты кері қайтарады, бұл жүйенің толқындық функциясының күрделі конъюгациясын да қамтиды.

Фермиондар: Спин-1/2 бөлшектердің (фермиондардың) тақ саны бар жүйелер үшін уақытты өзгерту операторын қолдану толқындық функцияның таңбасын екі рет өзгертеді, бұл Крамерс теоремасы деп аталатын екі еселік энергияның кеусеуін жасайды.

Т-симметриясын бұзу: Қолданылған сыртқы магнит өрісі электрондардың спиндеріне әсер ету арқылы T-симметриясын бұзуы мүмкін, бұл уақыт бойынша кері күйлерді энергетикалық түрде әртүрлі етеді (Земан эффектісі).

Т-симметриясы және әлсіз ядролық күш

Бөлшектер физикасында Т-симметрия тағы екі негізгі симметриямен байланысты:

• С-симметрия (заряд конъюгациясы): Бөлшекті антибөлшекпен ауыстыру.
• P-симметрия (Паритет): Кеңістіктік координаталарды өзгерту (айнадағы шағылысу сияқты).

Барлық кванттық өріс теориялары біріктірілген CPT симметриясын құрметтеуге тиіс. Бұл бөлшек уақыт бойынша алға жылжып бара жатқан процесс айнада шағылысқан антибөлшекпен бірдей және уақыт бойынша артқа жылжыған процеске тең екенін білдіреді.

1964 жылы эксперименттер каондардың ыдырауында CP симметриясының бұзылғанын байқады. CPT теоремасының арқасында бұл T-симметриясын бірдей ыдырауларда да бұзу керек дегенді білдіреді. Уақыттың кері симметриясының бұл тікелей бұзылуы 2012 жылы BaBar тәжірибесімен расталды, ол В-мезондарының ыдырауы олардың уақыт бойынша кері ұқсастарымен бірдей жылдамдықта болмайтынын байқады.

Т-бұзылуы

Т-симметриясының бұзылуы ғаламда антиматерияға қарағанда неліктен әлдеқайда көп материя бар екенін түсіндіру үшін өте маңызды. Физика заңдары материя мен антиматерияны бірдей қарастырып, уақыт бойынша толық симметриялы болса, онда тепе-теңдік болмауы мүмкін емес еді. Бөлшектердің ыдырауында байқалатын Т-бұзылуының мөлшері толық ғарыштық материя-антиматерлік асимметрияны түсіндіру үшін тым аз болғанымен, бұл мұндай механизмнің жұмыс істейтінін растайды.