Prawdopodobnie słyszałeś o kocie Schrödingera, nieszczęśliwym kocie w pudełku, które jest jednocześnie żywe i martwe, dopóki pudełko nie zostanie otwarte, aby ujawnić swój faktyczny stan. Cóż, otul się teraz czasem Schrödingera, sytuacją, w której jedno wydarzenie może jednocześnie być przyczyną i skutkiem innego.
Taki scenariusz może być nieunikniony w każdej teorii grawitacji kwantowej, wciąż mrocznej dziedzinie fizyki, która dąży do połączenia teorii ogólnej teorii względności Alberta Einsteina z działaniem mechaniki kwantowej. W nowym artykule naukowcy tworzą połączenie tych dwóch, wyobrażając sobie statki kosmiczne w pobliżu ogromnej planety, której masa spowalnia czas. Doszli do wniosku, że statki kosmiczne mogą znaleźć się w stanie, w którym związek przyczynowy jest odwrócony: jedno zdarzenie może spowodować inne wydarzenie, które miało miejsce przed nim.
„Można wymyślić taki scenariusz, w którym porządek czasowy, przyczyna i skutek są w superpozycji polegający na odwróceniu lub nieodwróceniu” - powiedział współautor badań Igor Pikovski, fizyk z Center for Quantum Science and Engineering w Stevens Institute of Technology w New Jersey. „Spodziewamy się, że powinno to nastąpić, gdy mamy pełną teorię grawitacji kwantowej”.
Czas kwantowy
Słynny eksperyment myślowy z kotem Schrödingera prosi widza, aby wyobraził sobie pudło z kotem i radioaktywną cząsteczką, która po rozpadzie zabije nieszczęśliwego kota. Zgodnie z zasadą superpozycji kwantowej przeżycie lub śmierć kota jest równie prawdopodobne, dopóki nie zostanie zmierzone - tak więc dopóki pudełko nie zostanie otwarte, kot jest jednocześnie żywy i martwy. W mechanice kwantowej superpozycja oznacza, że cząstka może istnieć w wielu stanach jednocześnie, podobnie jak kot Schrödingera.
Nowy eksperyment myślowy, opublikowany 21 sierpnia w czasopiśmie Nature Communications, łączy zasadę superpozycji kwantowej z teorią ogólnej teorii względności Einsteina. Ogólna teoria względności mówi, że masa gigantycznego obiektu może spowolnić czas. Pikovski powiedział, że jest to ustalone jako prawdziwe i mierzalne; astronauta krążący wokół Ziemi doświadczy czasu tylko odrobinę szybciej niż jego bliźniak z powrotem na planecie. (Dlatego też wpadanie do czarnej dziury byłoby bardzo stopniowym doświadczeniem).
Tak więc, gdyby futurystyczny statek kosmiczny znajdował się w pobliżu ogromnej planety, jego załoga doświadczyłaby czasu nieco wolniej niż ludzie w innym statku kosmicznym stacjonującym dalej. Teraz wrzuć trochę mechaniki kwantowej, a możesz wyobrazić sobie sytuację, w której ta planeta jest nakładana jednocześnie w pobliżu i daleko od dwóch statków kosmicznych.
Czas staje się dziwny
W tym superpozycjonowanym scenariuszu, w którym dwa statki doświadczają czasu na różnych liniach czasowych, przyczyna i skutek mogą być niepewne. Powiedzmy na przykład, że statki są proszone o przeprowadzenie misji szkoleniowej, w której strzelają do siebie nawzajem i unikają ognia, wiedząc doskonale, kiedy pociski wystrzelą i przechwycą swoje pozycje. Jeśli w pobliżu nie ma żadnej masywnej planety, która bałaganiłaby upływu czasu, jest to proste ćwiczenie. Z drugiej strony, gdyby ta ogromna planeta była obecna, a kapitan statku nie wziąłby pod uwagę spowolnienia czasu, załoga mogłaby uniknąć zbyt późno i zostać zniszczona.
Gdy planeta jest w superpozycji, jednocześnie blisko i daleko, nie byłoby możliwe ustalenie, czy statki unikną się zbyt późno i zniszczą się nawzajem, czy też odsuną się na bok i przeżyją. Co więcej, przyczynę i skutek można odwrócić, powiedział Pikovski. Wyobraź sobie dwa zdarzenia, A i B, które są przyczynowo powiązane.
„A i B mogą wpływać na siebie nawzajem, ale w jednym przypadku A jest przed B, podczas gdy w drugim przypadku B jest przed A” w stanie superpozycji, powiedział Pikovski. Oznacza to, że zarówno A, jak i B są jednocześnie przyczyną i skutkiem siebie. Na szczęście dla prawdopodobnie zdezorientowanych załóg tego wyimaginowanego statku kosmicznego Pikovski powiedział, że będą mieli matematyczny sposób analizowania wzajemnych transmisji w celu potwierdzenia, że są w superpozycji.
Oczywiście w prawdziwym życiu planety nie poruszają się po galaktyce nie chcąc. Ale Pikovski powiedział, że eksperyment myślowy może mieć praktyczne implikacje dla obliczeń kwantowych, nawet bez opracowania całej teorii grawitacji kwantowej. Dzięki zastosowaniu superpozycji w obliczeniach, system obliczeń kwantowych może jednocześnie oceniać proces jako przyczynę i skutek.
„Komputery kwantowe mogą być w stanie wykorzystać to do bardziej wydajnych obliczeń” - powiedział.
