Вы, вероятно, слышали о кошке Шредингера, несчастном кошачьем в коробке, которая одновременно жива и мертва, пока коробка не открыта, чтобы показать ее реальное состояние. Что ж, теперь обратите внимание на время Шредингера, ситуацию, в которой одно событие может одновременно быть причиной и следствием другого события.
Такой сценарий может быть неизбежным в любой теории квантовой гравитации, все еще темной области физики, которая стремится объединить теорию общей относительности Альберта Эйнштейна с работами квантовой механики. В новой статье ученые создают коллаж из двух, представляя звездные корабли возле огромной планеты, масса которой замедляет время. Они приходят к выводу, что звездолеты могут оказаться в состоянии, когда причинно-следственная связь полностью изменена: одно событие может в конечном итоге вызвать другое событие, которое произошло до него.
«Можно придумать такой сценарий, когда временный порядок или причина и следствие находятся в суперпозиции обратного или не обратного хода», - сказал соавтор исследования Игорь Пиковский, физик из Центра квантовой науки и техники при Технологическом институте Стивенса в Нью-Джерси. «Это то, что мы ожидаем, должно произойти, когда у нас будет полная теория квантовой гравитации».
Квантовое время
Знаменитый мысленный эксперимент Шредингера с кошкой просит зрителя представить себе коробку с кошкой и радиоактивной частицей, которая, разложившись, убьет несчастного кошачьего. По принципу квантовой суперпозиции, выживание или смерть кота одинаково вероятны до тех пор, пока не будут измерены - поэтому, пока коробка не открыта, кот одновременно жив и мертв. В квантовой механике суперпозиция означает, что частица может существовать в нескольких состояниях одновременно, как кошка Шредингера.
Новый мысленный эксперимент, опубликованный 21 августа в журнале Nature Communications, сочетает в себе принцип квантовой суперпозиции с теорией относительности Эйнштейна. Общая теория относительности говорит о том, что масса гигантского объекта может замедлить время. Пиковски сказал, что это хорошо известно как истинное и измеримое. астронавт, вращающийся вокруг Земли, испытает время чуть-чуть быстрее, чем его или ее близнец на планете. (Это также, почему падение в черную дыру было бы очень постепенным опытом.)
Таким образом, если бы футуристический космический корабль находился рядом с массивной планетой, его экипаж испытал бы время немного медленнее, чем люди, находящиеся на другом космическом корабле, размещенном еще дальше. Теперь добавьте немного квантовой механики, и вы можете представить себе ситуацию, в которой эта планета накладывается одновременно вблизи и вдали от двух космических кораблей.
Время становится странным
В этом суперпозиционном сценарии двух кораблей, испытывающих время на разных сроках, причина и следствие могут стать сомнительными Например, скажем, что судам предлагается выполнить учебную миссию, в которой они обстреливают друг друга и уклоняются от огня друг друга, прекрасно зная время запуска ракет и перехват их позиций. Если поблизости нет массивной планеты, играющей с течением времени, это простое упражнение. С другой стороны, если эта массивная планета присутствовала и капитан корабля не принял во внимание замедление времени, команда могла бы увернуться слишком поздно и быть уничтоженной.
С планетой в суперпозиции, одновременно близко и далеко, было бы невозможно знать, будут ли корабли уклоняться слишком поздно и уничтожать друг друга, или они отойдут в сторону и выживут. Более того, причина и следствие могут быть обращены вспять, сказал Пиковски. Представьте себе два события, A и B, которые причинно связаны.
«A и B могут влиять друг на друга, но в одном случае A находится перед B, а в другом случае B - перед A» в суперпозиционном состоянии, сказал Пиковски. Это означает, что и А, и В одновременно являются причиной и следствием друг друга. К счастью для вероятно запутанных экипажей этих воображаемых космических кораблей, сказал Пиковски, у них будет математический способ проанализировать передачи друг друга, чтобы подтвердить, что они находятся в суперпозиционном состоянии.
Очевидно, что в реальной жизни планеты не перемещаются по галактике невольно. Но мысленный эксперимент может иметь практические последствия для квантовых вычислений, даже без разработки всей теории квантовой гравитации, считает Пиковски. Используя суперпозиции в вычислениях, система квантовых вычислений может одновременно оценивать процесс как причину и следствие.
«Квантовые компьютеры могут использовать это для более эффективных вычислений», - сказал он.
