Czy można cofnąć czas?

Filozofowie i fizycy od wieków zastanawiali się nad istnieniem czasu. Jednak w świecie klasycznym nasze doświadczenie wydaje się rozwiewać wszelkie wątpliwości, że czas istnieje i trwa. Rzeczywiście, w naturze procesy mają tendencję do spontanicznej ewolucji ze stanów o mniejszym nieporządku do stanów bardziej nieuporządkowanych i tę skłonność można wykorzystać do zidentyfikowania strzałki czasu. W fizyce opisuje się to za pomocą „entropii”, która jest wielkością fizyczną definiującą stopień nieporządku w systemie.

Zespół fizyków z uniwersytetów w Bristolu w Wiedniu, na Balearach oraz w Instytucie Optyki Kwantowej i Informacji Kwantowej (IQOQI-Vienna) wykazał, w jaki sposób układy kwantowe mogą jednocześnie ewoluować wzdłuż dwóch przeciwnych strzałek czasu — zarówno do przodu, jak i do tyłu w czasie.

Badanie, opublikowane w najnowszym numerze Communications Physics, wymaga ponownego przemyślenia sposobu rozumienia i przedstawiania upływu czasu w kontekstach, w których prawa kwantowe odgrywają kluczową rolę. Oryginalny artykuł można przeczytać tutaj.

Dr Giulia Rubino z Quantum Engineering Technology Labs (QET labs) na Uniwersytecie w Bristolu i główna autorka publikacji, powiedziała:

Jeżeli zjawisko wytwarza dużą ilość entropii, obserwowanie jego odwrócenia czasu jest tak nieprawdopodobne, że staje się zasadniczo niemożliwe. Jednakże, gdy wytworzona entropia jest wystarczająco mała, istnieje duże prawdopodobieństwo zaobserwowania odwrócenia czasu zjawisko występuje naturalnie. Możemy wziąć za przykład sekwencję rzeczy, które robimy podczas porannej rutyny. Gdybyśmy pokazali nam, jak nasza pasta przenosi się ze szczoteczki z powrotem do tubki, nie mielibyśmy wątpliwości, że jest to przewinięte nagranie z naszego dnia. gdybyśmy jednak ścisnęli tubkę delikatnie tak, aby wyszła tylko niewielka część pasty do zębów, nie byłoby tak nieprawdopodobne obserwowanie jej ponownego wchodzenia do tubki, zassania przez dekompresję tubki.

Autorzy badania, pod kierownictwem profesora Caslava Bruknera z Uniwersytetu Wiedeńskiego i IQOQI-Wiedeń, zastosowali tę ideę do mechaniki kwantowej, której jedną z osobliwości jest zasada superpozycji kwantowej, zgodnie z którą jeśli dwa stany układ kwantowy jest możliwy, wtedy układ ten może znajdować się w obu stanach jednocześnie.

Rozszerzając tę ​​zasadę na strzałki czasu, wynika, że ​​układy kwantowe ewoluujące w jednym lub drugim kierunku czasowym (pasta do zębów wychodząca lub wracająca do tuby) mogą również ewoluować jednocześnie w obu kierunkach czasowych. Chociaż ta idea wydaje się raczej bezsensowna, gdy zastosujemy ją do naszego codziennego doświadczenia, na najbardziej podstawowym poziomie, prawa wszechświata oparte są na zasadach mechaniki kwantowej. To nasuwa pytanie, dlaczego nigdy nie napotykamy tych superpozycji czasu płynie w naturze – powiedział dr Rubino.

Dr Gonzalo Manzano, współautor z University of the Balearic Islands, powiedział: W naszej pracy określiliśmy ilościowo entropię wytworzoną przez system ewoluujący w kwantowej superpozycji procesów z przeciwstawnymi strzałkami czasu. system na ściśle określony kierunek czasowy, odpowiadający najbardziej prawdopodobnemu procesowi z tych dwóch. A jednak, gdy w grę wchodzą niewielkie ilości entropii (na przykład, gdy rozlano tak mało pasty do zębów, że można było zobaczyć, jak jest ponownie wchłaniana przez tuba), wtedy można fizycznie zaobserwować konsekwencje ewolucji systemu jednocześnie w kierunku do przodu i do tyłu.

Dr Rubino powiedział: Chociaż czas jest często traktowany jako stale rosnący parametr, nasze badanie pokazuje, że prawa rządzące jego przepływem w kontekstach mechaniki kwantowej są znacznie bardziej złożone. Może to sugerować, że musimy przemyśleć sposób, w jaki reprezentujemy tę wielkość we wszystkich te konteksty, w których prawa kwantowe odgrywają kluczową rolę.