Tõenäoliselt olete kuulnud Schrödingeri kassist, kahetsusväärsest kassidest kastis, kes on samaaegselt elus ja surnud, kuni kasti avatakse, et näidata selle tegelikku olekut. Nüüd pange oma mõte ümber Schrödingeri ajale - olukorrale, kus üks sündmus võib samaaegselt olla teise sündmuse põhjus ja tagajärg.
Selline stsenaarium võib olla vältimatu igas kvantgravitatsiooni teoorias, füüsika endiselt hämaras piirkonnas, mis püüab Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria ühendada kvantmehaanika töödega. Uues artiklis loovad teadlased nende kahe koosluse, kujutades ette tähelaevu tohutu planeedi lähedal, mille mass aeglustab aega. Nad järeldavad, et tähelaevad võivad sattuda olukorda, kus põhjuslik seos on vastupidine: üks sündmus võib lõppeda teise sündmusega, mis juhtus enne seda.
"Sellise stsenaariumi saab välja mõelda, kui ajaline järjekord või põhjus ja tagajärg on ümberpööratud või mitte ümber pööratud," ütles uuringu kaasautor Igor Pikovski, Stevensi tehnoloogiainstituudi kvantteaduse ja tehnika keskuse füüsik New Jersey. "See on midagi, mida me eeldame, et see peaks aset leidma, kui meil on kvantgravitatsiooni täielik teooria."
Kvantuaeg
Kuulsa Schrödingeri kassi mõtteeksperiment palub vaatajal ette kujutada kasti, kus on kass ja radioaktiivne osake, mis kord lagunenud tapab õnnetu kassi. Kvantide ülipositsiooni põhimõttel on kassi ellujäämine või surm võrdselt tõenäoline kuni selle mõõtmiseni - seega kuni kasti avamiseni on kass samaaegselt elus ja surnud. Kvantmehaanikas tähendab superpositsioon, et osake võib eksisteerida korraga mitmes olekus, täpselt nagu Schrödingeri kass.
Uus mõtteeksperiment, mis avaldati 21. augustil ajakirjas Nature Communications, ühendab kvant-superpositsiooni põhimõtte Einsteini üldrelatiivsusteooriaga. Üldrelatiivsus ütleb, et hiiglasliku objekti mass võib aega aeglustada. Pikovski ütles, et see on tõene ja mõõdetav; Maa peal tiirlev astronaut kogeb aega lihtsalt sujuvalt kiiremini kui tema kaksik tagasi planeedil. (See on ka põhjus, miks musta auku kukkumine oleks väga järkjärguline kogemus.)
Seega, kui futuristlik kosmoselaev asuks massiivse planeedi lähedal, kogeks selle meeskond aega pisut aeglasemalt, kui kaugemal asunud kosmoselaeva inimesed. Nüüd viska pisut kvantmehaanikat sisse ja võite ette kujutada olukorda, kus see planeet asetseb samaaegselt kahe kosmoselaeva lähedal ja kaugel neist.
Aeg läheb veidraks
Selles ülipositsioonilises stsenaariumis, kus kaks laeva kogevad aega erinevatel ajakavadel, võivad põhjused ja tagajärjed muutuda keerukateks. Näiteks ütleme, et laevadel palutakse läbi viia väljaõppemissioon, kus nad tulistavad üksteist ja väldivad üksteise tulekahju, teades hästi rakettide käivitamise ja nende positsioonide jälgimise aega. Kui läheduses pole ühtegi massiivset planeeti, mis ajavoogu segamini ajaks, on see lihtne harjutus. Teisest küljest, kui see massiivne planeet oleks kohal ja laeva kapten ei võtaks aeglustumist arvesse, võib meeskond liiga hilja kõrvale hiilida ja hävitada.
Kui planeet asub superpositsioonil, samaaegselt lähedal ja kaugel, oleks võimatu teada, kas laevad väldivad liiga hilja ja hävitavad üksteist või liiguvad nad kõrvale ja jäävad ellu. Veelgi enam, põhjus ja tagajärg võivad olla vastupidised, ütles Pikovski. Kujutage ette kahte sündmust, A ja B, mis on omavahel seotud.
"A ja B võivad üksteist mõjutada, kuid ühel juhul on A enne B, teisel juhul aga B enne A" superpositsioonilises olekus, ütles Pikovski. See tähendab, et nii A kui ka B on samaaegselt üksteise põhjus ja tagajärg. Nende kujuteldava kosmoselaeva tõenäoliselt segase meeskonna õnneks, ütles Pikovski, oleks neil matemaatiline viis üksteise ülekannete analüüsimiseks, et kinnitada, et nad asuvad superpositsioonil.
Ilmselt ei liigu planeedid päriselus tahtmatult galaktika ümber. Kuid mõttekatsel võib olla kvantarvutusele praktiline mõju, isegi ilma kogu kvantgravitatsiooni teooria välja töötamata, ütles Pikovski. Kasutades arvutustes ülipositsioone, võiks kvantarvutussüsteem samaaegselt hinnata protsessi nii põhjuse kui ka tagajärjena.
"Kvantarvutid võivad seda kasutada efektiivsemaks arvutamiseks," ütles ta.
