Έχετε ακούσει πιθανώς τη γάτα του Schrödinger, την ατυχή αιλουροειδή σε ένα κιβώτιο που είναι ταυτόχρονα ζωντανό και νεκρό μέχρι να ανοίξει το κουτί για να αποκαλύψει την πραγματική του κατάσταση. Τώρα, τυλίξτε το μυαλό σας γύρω από το χρόνο του Schrödinger, μια κατάσταση στην οποία ένα γεγονός μπορεί ταυτόχρονα να είναι η αιτία και το αποτέλεσμα ενός άλλου γεγονότος.
Ένα τέτοιο σενάριο μπορεί να είναι αναπόφευκτο σε οποιαδήποτε θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, μια ακανθώδης περιοχή της φυσικής που επιδιώκει να συνδυάσει τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein με τη λειτουργία της κβαντικής μηχανικής. Σε μια νέα επιστήμη, οι επιστήμονες δημιουργούν ένα mashup των δύο από φανταστικές starships κοντά σε έναν τεράστιο πλανήτη η μάζα του οποίου επιβραδύνει το χρόνο. Καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι τα αστικά πλοία θα μπορούσαν να βρεθούν σε κατάσταση όπου η αιτιώδης συνάφεια αντιστρέφεται: Ένα γεγονός θα μπορούσε να καταλήξει να προκαλέσει ένα άλλο γεγονός που συνέβη πριν από αυτό.
"Μπορούμε να φτιάξουμε ένα τέτοιο σενάριο όπου η χρονική τάξη ή ο σκοπός και το αποτέλεσμα είναι σε υπέρθεση να αντιστραφούν ή να μην αντιστραφούν", ανέφερε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Igor Pikovski, φυσικός στο Κέντρο Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Stevens New Jersey. "Αυτό είναι κάτι που αναμένουμε ότι θα πρέπει να γίνει όταν έχουμε μια πλήρη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας."
Κβαντική ώρα
Η διάσπαρτη πείραμα της διάσημης γάτας του Schrödinger ζητάει από έναν θεατή να φανταστεί ένα κιβώτιο που κρατά μια γάτα και ένα ραδιενεργό σωματίδιο, το οποίο, όταν αποσυντεθεί, θα σκοτώσει την ατυχή αιλουροειδή. Με την αρχή της κβαντικής υπέρθεσης, η επιβίωση ή ο θάνατος της γάτας είναι εξίσου πιθανό μέχρι να μετρηθεί - έτσι μέχρι να ανοίξει το κουτί, η γάτα είναι ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή. Στην κβαντική μηχανική, η υπέρθεση σημαίνει ότι ένα σωματίδιο μπορεί να υπάρχει σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα, ακριβώς όπως η γάτα του Schrödinger.
Το νέο πείραμα σκέψης, που δημοσιεύτηκε στις 21 Αυγούστου στο περιοδικό Nature Communications, συνδυάζει την αρχή της κβαντικής υπέρθεσης με τη θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η γενική σχετικότητα λέει ότι η μάζα ενός γιγαντιαίου αντικειμένου μπορεί να επιβραδύνει το χρόνο. Αυτό είναι καθιερωμένο ως αληθινό και μετρήσιμο, είπε ο Pikovski. ένας αστροναύτης που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη, θα βιώσει τον χρόνο μόνο ένα μικρότερο κτύπημα πιο γρήγορα από ό, τι ο δίδυμος πίσω του στον πλανήτη. (Αυτός είναι και ο λόγος που η πτώση σε μια μαύρη τρύπα θα ήταν μια πολύ σταδιακή εμπειρία.)
Έτσι, εάν ένα φουτουριστικό διαστημόπλοιο ήταν κοντά σε έναν τεράστιο πλανήτη, το πλήρωμά του θα αντιμετώπιζε το χρόνο ως λίγο πιο αργό από ό, τι οι άνθρωποι σε ένα άλλο διαστημόπλοιο που βρίσκεται πιο μακριά. Τώρα, ρίξτε μια μικρή κβαντική μηχανική και μπορείτε να φανταστείτε μια κατάσταση στην οποία ο πλανήτης είναι υπερτιθέμενος ταυτόχρονα κοντά και μακριά από τα δύο διαστημόπλοια.
Ο χρόνος γίνεται περίεργος
Σε αυτό το υπερτιμημένο σενάριο δύο πλοίων που βιώνουν χρόνο σε διαφορετικά χρονοδιαγράμματα, η αιτία και η επίδραση θα μπορούσαν να γίνουν ασταθείς. Για παράδειγμα, λέτε ότι τα πλοία καλούνται να πραγματοποιήσουν μια εκπαιδευτική αποστολή στην οποία πυροδοτούν ο ένας τον άλλον και αποφεύγουν την πυρκαγιά του άλλου, γνωρίζοντας καλά την ώρα που θα εκτοξεύουν οι πυραύλοι και θα αναστέλλουν τις θέσεις τους. Αν δεν υπάρχει μαζικός πλανήτης που να μπερδεύει με ροή χρόνου, αυτή είναι μια απλή άσκηση. Από την άλλη πλευρά, εάν ο μαζικός πλανήτης ήταν παρών και ο πλοίαρχος του πλοίου δεν έλαβε υπόψη την επιβράδυνση του χρόνου, το πλήρωμα θα μπορούσε να αποφύγει πολύ αργά και να καταστραφεί.
Με τον πλανήτη σε υπερβολή, ταυτόχρονα κοντά και μακριά, θα ήταν αδύνατο να γνωρίζουμε αν τα πλοία θα απέφευγαν πολύ αργά και θα κατέστρεψαν ο ένας τον άλλον ή αν θα είχαν απομακρυνθεί και θα επιβιώσουν. Επιπλέον, η αιτία και η επίδραση θα μπορούσαν να αντιστραφούν, είπε ο Πίκοφσκι. Φανταστείτε δύο γεγονότα, Α και Β, που σχετίζονται αιτιωδώς.
"Α και Β μπορούν να επηρεάσουν ο ένας τον άλλον, αλλά σε μία περίπτωση το Α είναι πριν από το Β, ενώ στην άλλη περίπτωση το Β είναι πριν από το Α" σε κατάσταση υπερβολής, ανέφερε ο Πίκοφσκι. Αυτό σημαίνει ότι τόσο το Α όσο και το Β είναι ταυτόχρονα η αιτία και το αποτέλεσμα του άλλου. Ευτυχώς για τα πιθανά-σύγχρονα πληρώματα αυτών των φανταστικών διαστημοπλοίων, δήλωσε ο Pikovski, θα είχαν έναν μαθηματικό τρόπο να αναλύσουν τις μεταδόσεις του άλλου για να επιβεβαιώσουν ότι ήταν σε μια υπερπολυτελή κατάσταση.
Προφανώς, στην πραγματική ζωή, οι πλανήτες δεν κινούνται γύρω από τον γαλαξία με διανοητικό τρόπο. Αλλά το πείραμα σκέψης θα μπορούσε να έχει πρακτικές επιπτώσεις για τον κβαντικό υπολογισμό, ακόμη και χωρίς να επεξεργαστεί μια ολόκληρη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, είπε ο Πίκοφσκι. Χρησιμοποιώντας υπερθέσεις σε υπολογισμούς, ένα σύστημα κβαντικής πληροφορικής θα μπορούσε να αξιολογήσει ταυτόχρονα μια διαδικασία ως αιτία και ως αποτέλεσμα.
"Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορεί να είναι σε θέση να το χρησιμοποιήσουν για πιο αποτελεσματικό υπολογισμό", είπε.
