Wszystko dlatego, że przedstawiciele Los Alamos National Laboratory, National Institute of Standards and Technology oraz University of Maryland opracowali metody pozwalające odwrócić strzałkę czasu w układach kwantowych. W efekcie zachowują się one tak, jakby czas płynął w przeciwnym kierunku. O szczegółach tej koncepcji czytamy na łamach Physical Review X. Autorzy publikacji podkreślają, że nie chodzi o podróże w czasie znane z filmów science fiction, lecz o manipulowanie procesami zachodzącymi w mikroskopijnych układach rządzonych prawami mechaniki kwantowej.
Czytaj też: Fizycy stworzyli miniaturowy wszechświat, by sprawdzić szaloną teorię. Czy czas w ogóle istnieje?
Najważniejsze jest w tym przypadku wspomniana strzałka czasu. W fizyce oznacza ona obserwowaną asymetrię pomiędzy przeszłością a przyszłością. Choć większość podstawowych równań opisujących świat cząstek elementarnych działa równie dobrze po odwróceniu kierunku czasu, w makroskopowej rzeczywistości procesy wydają się nieodwracalne. Rozbite jajko nie wraca do skorupki, a dym nie wraca samoczynnie do papierosa. To właśnie ta pozorna nieodwracalność tworzy nasze intuicyjne poczucie upływu czasu.
Autorzy nowej pracy zwrócili uwagę na szczególną cechę świata kwantowego. W przeciwieństwie do fizyki klasycznej sam akt pomiaru wpływa na stan obserwowanego układu. Każdy pomiar wprowadza element losowości i powoduje powstanie strzałki czasu. Badacze opracowali jednak zestaw procedur kontrolnych wykorzystujących pomiary i sprzężenie zwrotne, które pozwalają odwrócić ten proces. W efekcie układ kwantowy może podążać trajektoriami bardziej przypominającymi ruch wstecz niż naturalny bieg czasu do przodu.
Jak podkreśla główny autor badań, Luis Pedro García-Pintos, na najbardziej fundamentalnym poziomie prawa fizyki nie faworyzują żadnego kierunku czasu. Równania opisujące ruch cząstek pozostają poprawne zarówno wtedy, gdy czas biegnie naprzód, jak i wtedy, gdy zostanie matematycznie odwrócony. Nowe narzędzia pozwalają wykorzystać tę właściwość do aktywnego kształtowania zachowania układów kwantowych.
Czy takie manipulowanie strzałką czasu może znaleźć praktyczne zastosowania? Jak najbardziej. Jednym z nich jest projekt silnika, który potrafiłby pozyskiwać energię z samych procesów pomiarowych zachodzących w układzie kwantowym. Innym zastosowaniem wydaje się przygotowywanie określonych stanów kwantowych oraz symulowanie procesów zachodzących w otwartych układach kwantowych, co może mieć znaczenie dla przyszłych komputerów kwantowych.
Czytaj też: Kot Schrödingera doczekał się rodziny. Fizycy mówią, że to coś więcej, niż tylko ciekawostka
Mimo to nie ma co od razu mówić o możliwości cofania czasu w skali makroskopowej. Nie ma szans na wysłanie człowieka do przeszłości ani o odwróceniu historii całego wszechświata. Efekt, o jakim mówimy, dotyczy wyłącznie bardzo małych układów kwantowych, których zachowanie znacząco różni się od świata obserwowanego na co dzień. W praktyce chodzi raczej o kontrolowanie sposobu, w jaki układ ewoluuje między kolejnymi pomiarami, niż o rzeczywiste cofanie wydarzeń.
Źródło: Physical Review X
