В 2019 году физики впервые провели эксперимент, который во многих источниках был обозначен как "учёные наконец-то обратили время вспять" или "ход времени удалось контролировать". Звучит это, конечно же, отлично.
Но насколько это заявление действительно отражает реальность? Ведь мы порой тут обсуждаем, что даже и времени-то как физической сущности нет и это состояние эмерджентное (или следующее из совокупности прочих факторов как их неотъемлемая часть).
На практике этот прорыв не имел абсолютно никакого отношения к Эйнштейну, теории относительности или реальным путешествиям во времени. Но это не значит, что он никак не связан с природой времени или не имеет научной ценности.
Чтобы понять почему, нужно взглянуть на то, что на самом деле сделали исследователи. Они использовали квантовый компьютер для моделирования эволюции электрона. В макроскопическом физическом мире системы естественным образом переходят из состояния порядка в состояние беспорядка.
Если игрок ударяет по расставленному треугольнику бильярдных шаров, шары хаотично разлетаются по столу. Второй закон термодинамики гласит, что эти шары никогда не спонтанно не откатятся назад и не соберутся идеально обратно в плотный треугольник. Это переход от порядка к хаосу известен как энтропия, и это физический принцип, устанавливающий фундаментальную стрелу времени.
Однако в микроскопическом квантовом мире правила регулируются уравнением Шрёдингера, которое описывает, как волновая функция квантовой системы изменяется со временем. Исследователи использовали два (а позже и три) кубита для представления начального состояния идеального порядка. Затем они позволили системе эволюционировать в комплексное, рассеянное состояние со смещающимися вероятностями.
На этом этапе запускался алгоритм для комплексного сопряжения квантового состояния - по сути, математически изменяя импульс системы на противоположный. Когда системе позволяли продолжать эволюцию, она коллапсировала назад в свое исходное, идеально упорядоченное начальное состояние.
Это был квантовый эквивалент приложения идеально рассчитанной физической силы к рассеянным бильярдным шарам, заставляющей их катиться назад и вновь формировать свой первоначальный треугольник.
Это достижение стало прорывом в квантовом управлении, но оно не имело ничего общего с общей теорией относительности. Общая теория относительности - это теория гравитации Альберта Эйнштейна, которая описывает, как массивные объекты, такие как звезды и черные дыры, искажают физическую ткань пространства и времени.
В общей теории относительности время - это буквальное измерение, переплетенное с пространством. Хотя экстремальные гравитационные силы могут заставлять время течь с разной скоростью, общая теория относительности не предлагает функционального механизма для обращения вспять самого течения времени.
Квантовый компьютер не искривлял пространство-время, не создавал локализованных гравитационных полей и не поворачивал вспять время Вселенной.
Вместо этого он искусственно манипулировал информационными состояниями субатомных частиц в строго контролируемой, изолированной среде, чтобы искусственно обратить вспять кажущуюся термодинамическую стрелу времени.
Общая теория относительности и квантовая механика остаются двумя принципиально разными столпами физики, и ученые еще не открыли единую теорию квантовой гравитации, которая бы математически их объединила. Моделирование является исключительно триумфом квантовой механики, демонстрирующим, насколько глубоко исследователи теперь могут контролировать сложную, вероятностную природу микроскопического мира.
По сути эксперимент был в том, что учёные взяли реальные квантовые кубиты, специально запутали их состояние с помощью набора квантовых операций (гейтов - то есть воздействия магнитными полями, передачей импульса и т.п.), а затем, не измеряя систему, применили точно рассчитанную обратную последовательность операций (читай как воздействий в виде гейтов) и показали, что система с высокой вероятностью возвращается почти в исходное состояние. То есть они физически продемонстрировали, что управляемую квантовую эволюцию можно откатить назад, если полностью контролировать систему и не терять информацию.
Это не тоже самое, что обратить назад само время. Это скорее демонстрация общего принципа физики, который учит нас тому, что львиная доля физических законов обратима во времени. Оказалось, что в квантовом мире это, по всей видимости, тоже работает.
Telegram-канал проекта / Канал проекта в IMO
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.