Ви, напевно, чули про кота Шредінгера, нещасну котячу коробку, яка одночасно жива і мертва, поки скринька не відкриється, щоб виявити її фактичний стан. Ну, а тепер оберніть свою думку навколо часу Шредінгера, ситуації, коли одна подія може бути одночасно причиною і наслідком іншої події.
Такий сценарій може бути неминучим у будь-якій теорії квантової гравітації, все ще мутній області фізики, яка прагне поєднати теорію загальної відносності Альберта Ейнштейна з роботами квантової механіки. У новому документі вчені створюють мішанку двох, уявляючи зіркові кораблі біля величезної планети, маса якої сповільнює час. Вони роблять висновок, що зоряні кораблі могли опинитися в стані, коли причинно-наслідковий зв’язок обернений: одна подія могла б закінчитися причиною іншої події, що сталася до цього.
"Можна розробити такий сценарій, коли тимчасовий порядок або причина і наслідки перебувають в накладі на те, щоб бути перетвореними або не відмінено", - сказав співавтор дослідження Ігор Піковський, фізик Центру квантової науки та техніки Інституту технологій Стівенса в Нью Джерсі. "Це те, що ми очікуємо, що має відбутися, коли ми матимемо повну теорію квантової гравітації".
Квантовий час
Знаменитий експеримент з котячими думками Шредінгера просить глядача уявити коробку з котом і радіоактивною частинкою, яка, як тільки загниє, вб'є нещасного кота. За принципом квантового суперпозиції виживання або смерть кішки однаково вірогідні, поки не вимірюються - так, поки ящик не відкриється, кішка одночасно жива і мертва. У квантовій механіці суперпозиція означає, що частинка може існувати в декількох станах одночасно, як і кішка Шредінгера.
Новий мислительний експеримент, опублікований 21 серпня в журналі Nature Communications, поєднує принцип квантового суперпозиції з теорією загальної відносності Ейнштейна. Загальна відносність говорить про те, що маса гігантського об'єкта може сповільнити час. Це добре визнано справжнім і вимірюваним, сказав Піковський; космонавт, який обертається навколо Землі, переживе час просто в глиб, ніж його близнюк на планеті. (Це також, чому потрапляння в чорну діру було б дуже поступовим досвідом.)
Таким чином, якби футуристичний космічний корабель знаходився поблизу масивної планети, його екіпаж відчував би час трохи повільніше, ніж люди в інших космічних кораблях, розміщених далі. Тепер додайте трохи квантової механіки, і ви можете уявити собі ситуацію, в якій ця планета одночасно розташована поблизу та далеко від двох космічних кораблів.
Час стає дивним
У цьому суперпозиціонованому сценарії два кораблі, які переживають час у різні строки, причиною та наслідком можуть стати непростими. Наприклад, скажімо, що кораблів просять провести навчальну місію, в якій вони ведуть вогонь один одному і ухиляються від вогню один одного, добре знаючи час запуску ракет і перехоплення своїх позицій. Якщо поблизу немає масивної планети, яка б возилася з плином часу, це проста вправа. З іншого боку, якби ця величезна планета була присутня і капітан корабля не брав до уваги сповільнення часу, екіпаж може занадто пізно ухилитися і бути знищеним.
Якщо планета перебуває в суперпозиції, одночасно поблизу і далеко, неможливо буде знати, чи кораблі будуть занадто пізно ухилятися і знищувати один одного, чи відсуваються вони в сторону і виживають. Більше того, причина та наслідки можуть бути зворотні, зазначив Піковський. Уявіть дві події, A і B, які є причинно-наслідковими.
"A і B можуть впливати один на одного, але в одному випадку A знаходиться перед B, тоді як в іншому випадку B знаходиться перед A" у стані суперпозиції, сказав Піковський. Це означає, що і А, і В є одночасно причиною і наслідком один одного. На щастя для ймовірних заплутаних екіпажів цих уявних космічних кораблів, сказав Піковський, вони матимуть математичний спосіб проаналізувати передачі один одного, щоб підтвердити, що вони перебувають у суперпозиційному стані.
Очевидно, що в реальному житті планети не рухаються навколо галактики мимоволі. Але думковий експеримент може мати практичні наслідки для квантових обчислень, навіть не опрацювавши цілу теорію квантової гравітації, сказав Піковський. Використовуючи суперпозиції в обчисленнях, квантово-обчислювальна система могла одночасно оцінювати процес як причину і як результат.
"Квантові комп'ютери можуть використовувати це для більш ефективних обчислень", - сказав він.
