Эксперимент по «отправке частицы в прошлое»
Петли времени долгое время были уделом научной фантастики. Теперь, используя правила квантовой механики, мы можем эффективно перемещать частицы во времени — вот как это работает?
Теоретические пути в прошлое, называемые петлями времени, уже давно были выдвинуты физиками в качестве гипотезы. Но из-за того, что они сопряжены с непрактичностью и парадоксами, их так же долго считали невозможными. Но теперь физики начали показывать, что в квантовом мире эти петли в прошлое не только возможны, но и осуществимы экспериментально. Другими словами, вскоре мы сможем отправить частицу в прошлое.
Если это удастся, то появится возможность отправлять во времени если не людей, то хотя бы сообщения в виде квантовых сигналов. Что ещё более важно, изучение этого явления поможет нам понять, как на самом деле работают причинно-следственные связи, что означает квантовая теория и, возможно, даже как мы можем создать теорию-преемницу, которая более полно отражает истинную природу реальности.
Если бы путешественник, переместившись во времени, воспрепятствовал знакомству своих бабушки и дедушки, могли бы они остановить его собственное рождение? Это суть печально известной теории под кодовым названием «дедушкин парадокс», которую используют всякий раз, дабы показать, что путешествие во времени не возможно, но некоторые исследователи кладут свои жизни на алтарь науки, чтобы доказать обратное. В квантовой механике таких парадоксов можно избежать.
Так впервые появилось предположение, что путешествие во времени возможно в квантовом мире, так, как, поведение квантовых частиц выходит за рамки известных нам законов физики.
В 1991 году Дэвид Дойч из Оксфордского университета показал, что на помощь приходит вероятностная природа квантовой механики. Дойч обнаружил, что квантовая частица всегда может принять такое состояние, при котором её путешествие в прошлое будет безопасным. Например, если частица изначально находится в состоянии, равном 50% вероятности единичного значения и 50% вероятности нулевого значения, то при перевороте она останется в этом состоянии — 50% вероятности единичного значения и 50% вероятности нулевого значения.
Наука о квантовых измерениях
Группа ученых впервые имитировала взаимодействие двух путешествующих во времени фотонов, показав, что на квантовом уровне, прыжок сквозь время возможен. Исследование было проведено командой ученых из Австралийского университета Квинсленд. Во время эксперимента использовались фотоны (отдельные частицы света) для имитации квантовых частиц, путешествующих назад во времени. По определению термин «квантовый» относится к самой маленькой частице, способной существовать самостоятельно, то есть к фотону.
Но, учитывая отсутствие каких-либо реальных замкнутых временных кривых поблизости от их лаборатории, они не смогли напрямую изучить взаимодействие между более молодой и более старой версиями одной и той же квантовой частицы. Вместо этого они использовали две отдельные частицы.
Изучая поведение испытуемых частиц, ученые обнаружили странные и необъяснимые современной физикой, аспекты. Во время имитации были исследованы два возможных сценария для путешествующего во времени фотона.
В первом сценарии, фотон 1, двигался через замкнутую времениподобную кривую (ЗВК) назад для взаимодействия со своей более старой версией, а во втором сценарии фотон 2 отправился в обычное путешествие по времени, дабы пообщаться с тем фотоном который застрял в ЗВК. Имитация поведения фотона 2, позволила изучить как себя ведет фотон 1 и результаты показали, что путешествие во времени возможно, как минимум на квантовом уровне.
Чтобы реализовать свою схему, команда генерировала пары одиночных фотонов, пропуская лазерный луч через нелинейный кристалл. Младший фотон был закодирован путем его поляризации – горизонтальная поляризация представляла ноль, вертикальная поляризация представляла единицу, а промежуточная поляризация представляла суперпозиции. Затем этот фотон взаимодействовал со своим старшим партнером в светоделителе, и результат был зарегистрирован парой детекторов.
Условие согласованности
Один из этих детекторов представляет собой вход в «червоточину» и используется для записи состояния более старого фотона, чтобы убедиться, что он находится в том же состоянии, что и в начале эксперимента — в тот момент, когда он выходит из «червоточины». Таким образом, схема удовлетворяет «условию непротиворечивости», которое Дойч наложил на свою модель, чтобы устранить парадоксы, связанные с путешествиями во времени, — всё, что попадает в «червоточину», выходит из неё неизменным. Произвольно закодировав младший фотон одной из 32 различных поляризаций и зафиксировав состояние старшего фотона, чтобы удовлетворить условию согласованности, исследователи показали, что они действительно могут выполнить это условие. Они также обнаружили, что наличие замкнутой времениподобной кривой позволяет наблюдателю идеально различать неортогональные состояния движущегося во времени фотона, такие как горизонтальная и диагональная поляризации. Это то, что обычно не может быть сделано в квантово-механических системах.
Тем не менее, нельзя с абсолютной уверенностью сказать, что на примере симуляции путешествия во времени для фотонов, доказана возможность путешествия во времени более крупных частиц или групп частиц, таких как, например, атом.
«Свойства квантовых частиц не четки и невнятны, поэтому они обладают большей возможностью для маневра и способны избежать противоречивых ситуаций, связанных с путешествием во времени» — считает один из участников последних исследований, профессор Тимоти Ральф.
Результаты подобных экспериментов дают возможность понять, как две теории в физике в меньшем и в большем масштабе, способны апеллировать друг к другу. Вопрос путешествия во времени является связующим звеном между нашими двумя самыми успешными, но, к сожалению, до сих пор несовместимыми, физическими теориями. Речь идет об общей теории относительности Эйнштейна и квантовой механики.
Теория Эйнштейна объясняет мир в большом масштабе звезд и галактик, а квантовая механика – уникальный пример объяснения строения мира в очень маленьком масштабе атомов и молекул.
Теория Эйнштейна предполагает возможность путешествия назад во времени, с помощью пространственно-временного пути, который должен возвращаться к начальной точке, но в более ранее время, то есть замкнутая времени подобная кривая ЗВК.
Эта возможность озадачила физиков и философов с момента ее обнаружения австро-американским ученым Куртом Годелом в 1949 году. Дело в том, что подобное даже предположить страшно, так, как полностью противоречит понятию строения классического мира.
Сегодняшние результаты исследования наглядно показывают, что путешествие во времени возможно и Курт Годел прав, но пока лишь на квантовом уровне.
