Pravdepodobne ste už počuli o Schrödingerovej mačke, nešťastnej mačke v škatuli, ktorá je súčasne nažive a mŕtva, kým sa škatuľka neotvorí, aby odhalila jej skutočný stav. Nuž, teraz si prebojujte svoju pozornosť okolo Schrödingerovho obdobia, keď jedna udalosť môže byť súčasne príčinou a následkom inej udalosti.
Takýto scenár môže byť nevyhnutný v akejkoľvek teórii kvantovej gravitácie, stále nejasnej oblasti fyziky, ktorá sa snaží spojiť teóriu všeobecnej relativity Alberta Einsteina s pôsobením kvantovej mechaniky. V novom článku vedci vytvárajú mashup týchto dvoch tým, že si predstavujú hviezdne lode blízko obrovskej planéty, ktorej hmota spomaľuje čas. Došli k záveru, že hviezdne lode sa môžu ocitnúť v stave, keď je príčinná situácia obrátená: Jedna udalosť by mohla skončiť príčinou inej udalosti, ktorá sa stala pred ňou.
„Tento scenár je možné navrhnúť tak, že časový rozvrh alebo príčina a následok sú v superpozícii toho, že sú zvrátené alebo nezvrátené,“ uviedol spoluautor štúdie Igor Pikovski, fyzik Centra pre kvantovú vedu a techniku na Stevensovom technologickom ústave v New Jersey. „Toto by sme mali očakávať, keď budeme mať úplnú teóriu kvantovej gravitácie.“
Kvantový čas
Známy experiment s Schrödingerovými mačkami si žiada diváka, aby si predstavil krabicu s mačkou a rádioaktívnou časticou, ktorá po rozpadnutí zabije nešťastného mačacieho mačiatka. Podľa princípu kvantovej superpozície je prežitie alebo smrť mačky rovnako pravdepodobné, až kým sa nezmeria - takže kým sa krabica neotvorí, mačka je súčasne nažive a mŕtva. V kvantovej mechanike znamená superpozícia, že častice môžu existovať v niekoľkých stavoch súčasne, rovnako ako Schrödingerova mačka.
Nový myšlienkový experiment, publikovaný 21. augusta v časopise Nature Communications, kombinuje princíp kvantovej superpozície s Einsteinovou teóriou všeobecnej relativity. Všeobecná relativita hovorí, že hmota obrovského objektu môže čas spomaliť. Toto je dobre zavedené ako pravdivé a merateľné, uviedol Pikovski; Astronaut obiehajúci okolo Zeme zažije čas len trochu rýchlejšie, než jeho dvojča späť na planéte. (To je tiež dôvod, prečo by spadnutie do čiernej diery bolo veľmi pozvoľným zážitkom.)
Ak by teda bola futuristická kozmická loď blízko masívnej planéty, jej posádka by prežila čas trochu pomalšie, ako by mali ľudia v jednej vesmírnej lodi umiestnenej ďalej. Teraz vrhnite malú kvantovú mechaniku a viete si predstaviť situáciu, v ktorej je táto planéta superponovaná súčasne blízko a ďaleko od dvoch kozmických lodí.
Čas je čudný
V tomto superpozičnom scenári dvoch lodí, ktoré zažívajú čas v rôznych časových harmonogramoch, by sa mohla príčina a následok vyhrať. Povedzme napríklad, že od lodí sa vyžaduje, aby uskutočňovali výcvikovú misiu, v ktorej sa navzájom strieľajú a navzájom sa vyhadzujú, pričom dobre poznajú čas, kedy rakety vypustia a zachytia svoje pozície. Ak sa v blízkosti nenachádza žiadna masívna planéta s časovým tokom, je to jednoduché cvičenie. Na druhej strane, ak by bola prítomná táto obrovská planéta a kapitán lode nezohľadnil spomalenie času, posádka by sa mohla vyhnúť príliš neskoro a byť zničená.
Ak je planéta v superpozícii, súbežne blízko a ďaleko, nebolo by možné vedieť, či sa lode vyhnú príliš neskoro a navzájom sa zničia, alebo či sa presunú bokom a prežijú. Navyše by sa dalo zvrátiť príčina a následok, uviedol Pikovski. Predstavte si dve udalosti, A a B, ktoré sú príčinne príbuzné.
„A a B sa môžu navzájom ovplyvňovať, ale v jednom prípade je A pred B, zatiaľ čo v druhom prípade B je pred A“ v superpozičnom stave, Pikovski povedal. To znamená, že obidve A a B sú súčasne príčinou a následkom jedného druhého. Našťastie pre pravdepodobne zmätené posádky tejto imaginárnej kozmickej lode, Pikovski povedal, že budú mať matematický spôsob, ako analyzovať vzájomné vysielania, aby potvrdili, že sú v superponovanom stave.
Je zrejmé, že v reálnom živote sa planéty nechcú pohybovať okolo galaxie. Myšlienkový experiment by však mohol mať praktické dopady na kvantové výpočty, a to aj bez vypracovania celej teórie kvantovej gravitácie, uviedol Pikovski. Použitím superpozícií vo výpočtoch mohol kvantový počítačový systém súčasne vyhodnotiť proces ako príčinu a ako následok.
„Kvantové počítače to dokážu využiť na efektívnejší výpočet,“ uviedol.
