Az idő egy irányba megy: előre. A kisfiúk idős emberekké válnak, de nem fordítva; a teáscsészék összetörnek, de soha nem lépnek vissza spontán módon. Az univerzum kegyetlen és változhatatlan tulajdonsága, az úgynevezett „idő nyílja” alapvetően a termodinamika második törvényének következménye, amely azt diktálja, hogy a rendszerek az idő múlásával mindig rendezetlenebbé válnak. Az utóbbi időben azonban az Egyesült Államok és Oroszország kutatói csak egy kicsit hajlították ezt a nyilat - legalábbis a szubatomi részecskék esetében.
Az új, a Science Reports folyóiratban (március 12.) közzétett kutatásban a kutatók az idő nyílával manipulálták egy nagyon apró kvantumszámítógépet, amely két kvantum részecskéből áll, úgynevezett kvitekből, és amelyek számításokat végeztek.
A szubatómiai skálán, ahol a kvantummechanika furcsa szabályai megváltoznak, a fizikusok a rendszerek állapotát egy hullámfüggvénynek nevezett matematikai konstrukción keresztül írják le. Ez a függvény annak a lehetséges állapotnak a kifejezése, amelyben a rendszer lehet - még részecske esetén, az összes lehetséges helyben, amelyben lehet -, és annak valószínűsége, hogy a rendszer adott időben bármelyik ilyen állapotban van-e. . Általában az idő múlásával a hullámfunkciók eloszlanak; egy részecske lehetséges elhelyezkedése távolabb lehet, ha egy órás várakozással bír, mint ha 5 percet vár.
A hullámfüggvény elterjedésének feloldása olyan, mintha megpróbálnánk visszaöntni a kiömlött tejet az üvegbe. De pontosan ezt tették a kutatók ebben az új kísérletben.
"Alapvetően nincs esély arra, hogy ez önmagában történjen" - mondta a Live Sciencenek Valerii Vinokur, az illinoisi Argonne Nemzeti Laboratórium fizikusa. "Ez olyan, mint a mondás, ha ha majomnak ír írógépet és sok időt ír, akkor Shakespeare-t írhat." Más szavakkal, technikailag lehetséges, de olyan valószínűtlen is, hogy lehetetlen.
Hogyan tette a tudósok a lényegében lehetetlenné válást? A kísérlet gondos ellenőrzésével.
"Nagyon sok ellenőrzésre van szükség ahhoz, hogy a teáscsésze összes törött darabja összejönjön" - mondta a Stephen Bartlett, a Sydney-i Egyetem fizika professzora a Live Science-nek. Bartlett nem vett részt a vizsgálatban. "Nagyon sok ellenőrzést kell gyakorolnia a rendszer felett, hogy ezt megtegye ... és a kvantumszámítógép olyasmi, amely lehetővé teszi számunkra, hogy hatalmas irányítást gyakoroljunk a szimulált kvantumrendszer felett."
A kutatók kvantumszámítógépet használtak egyetlen részecske szimulálására, amelynek hullámfunkciója az idő múlásával terjedt el, mint egy tóban lévő hullámzás. Ezután egy algoritmust írtak a kvantumszámítógépen, amely megfordította a hullámfüggvény minden egyes elemének időbeli fejlődését, lényegében visszahúzva azt a hullámokat a létrehozó részecskébe. Ezt a felfedezést anélkül végezték el, hogy növelték volna az entrópiát vagy rendellenességeket az univerzum más részein, látszólag dacolva az idő nyílát.
Ez azt jelenti, hogy a kutatók időgépet készítettek? Megsértették-e a fizikai törvényeket? A válasz mindkét kérdésre nemleges. A termodinamika második törvénye szerint a világegyetem rendjének idővel csökkennie kell, de nem az, hogy nagyon különleges esetekben soha nem maradhat ugyanaz. És ez a kísérlet elég kicsi, elég rövid és elég ellenőrzött ahhoz, hogy a világegyetem sem energiát sem szerezzen, sem veszítsen el.
"Nagyon bonyolult és bonyolult a hullámok visszatérése a tóba", miután létrehozták őket, mondta Vinokur. "Láttuk azonban, hogy ez nagyon egyszerű esetben lehetséges a kvantumvilágban." Más szavakkal, akkor volt lehetséges, amikor a kvantumszámítógép által nekik adott vezérlést felhasználták az idő hatásának visszavonására.
A program futtatása után a rendszer az idő 85 százaléka visszatért az eredeti állapotába. Amikor azonban egy harmadik kvbit bevezetésre került, a kísérlet az idő mindössze 50% -át eredményezte. A kutatók szerint a rendszer komplexitása valószínűleg túlságosan megnőtt a harmadik kvbittel, megnehezítve a kvantumszámítógép számára a rendszer minden aspektusának irányítását. Ezen ellenőrzés nélkül az entrópiát nem lehet ellenőrzés alatt tartani, ezért az idő megfordítása hiányos. Ennek ellenére nagyobb rendszerekre és nagyobb kvantumszámítógépekre törekednek a következő lépéseikre - mondta Vinokur a Live Science-nek.
"A munka szép hozzájárulást nyújt a fizika megalapozásához" - mondta a Live Sciencenek James Whitfield, a New Hampshire-i Dartmouth Főiskola fizika professzora, aki nem vett részt a tanulmányban. "Emlékeztet bennünket, hogy a kvantumszámítás nem minden alkalmazásának kell alkalmazásorientáltnak lennie, hogy érdekes legyen."
"Pontosan ezért építenek kvantumszámítógépeket" - mondta Bartlett. "Ez annak demonstrációja, hogy a kvantumszámítógépek lehetővé teszik számunkra, hogy szimuláljuk azokat a dolgokat, amelyeknek nem szabad megtörténniük a való világban."
