Мешани временски правци фотона ће помоћи физичарима да истраже природу црних рупа.
Шта си урадио
научници?
Дељењем фотона помоћу специјалнеоптички кристал, две независне групе физичара су постигле оно што називају квантном временском револуцијом. У овом стању, фотон постоји иу унапред иу реверзном временском стању. Једноставним речима, научници су доказали да се светлост истовремено креће напред и назад у времену.
Ефекат настаје као резултат комбиновања два чудна принципа квантне механике.
Прва необичност је квантна суперпозиција
Први принцип, познат као квантнисуперпозиција, дозвољава сићушним честицама да истовремено постоје у многим различитим стањима или различитим верзијама самих себе док се не посматрају. Постоји једноставан мисаони експеримент који помаже да се разуме овај заиста чудан концепт. Говоримо о чувеној Шредингеровој мачки.
Шредингерова мачка, Научни центар, Сингапур. Фотографија: Схарон Хахн Дарлин
Године 1935. предложио га је један од креатораквантна механика Ервин Шредингер током расправе о физичком значењу таласне функције. У мисаоном експерименту, мачка се ставља у запечаћену кутију у којој се налази бочица отрова, чије се ослобађање контролише радиоактивним распадом алфа честице. Радиоактивни распад је квантно механички процес који се јавља насумично.
Зато је у почетку немогуће знати штадогодило се мачки која је у суперпозицији стања, и мртва и жива. У сваком случају, док се у процес не укључи посматрач – особа која отвори кутију и сазна истину.
Друга необичност је квантна симетрија
Други принцип који је коришћеннаучници&нбсп;—ЦПТ-инваријантност. Ово је основна симетрија физичких закона током трансформација које укључују истовремену инверзију коњугације наелектрисања (Цхарге, Ц), парности (Парити, П) и времена (Тиме, Т).
ЦПТ је једина комбинација Ц, П и Т којаје тачна симетрија природе на фундаменталном нивоу. Према овом принципу, сваки систем који садржи честице ће се повиновати истим физичким законима. Ово ће се десити чак и ако су наелектрисања честица, просторне координате и кретање у времену обрнути, као у огледалу.
"Стрела времена"
Комбинујући ова два принципа, физичари су створили фотон,која као да се истовремено креће дуж „стреле времена” и назад. Ово је филозофски термин који се користи да објасни правац и неповратност времена. Овај концепт је визуелно приказан као временска оса или стрелица. Креће се право и само напред, из прошлости у будућност.
Међутим, експеримент са фотоном мења ствари:физичари су успели да „преваре” време. Научници су објавили резултате два експеримента (први, други) на арКсив серверу за препринт. Резултати још нису рецензирани.
Генерално, упркос својој логициКонцепт „стреле времена“, који људи свакодневно посматрају у макроскопском свету, заправо је у супротности са многим фундаменталним законима физике, сигурни су научници. Они су, генерално, временски симетрични и стога немају „омиљени“ правац времена.
Ентропијски проблем
Према другом закону термодинамике, тоентропија система мора да расте. Делујући као „стрела времена“, ентропија је једна од ретких величина у физици која узрокује да се време креће у одређеном правцу.
На пример, овај тренд ка повећању нередау Универзуму објашњава зашто је лакше мешати састојке него их раздвајати. Управо због растућег поремећаја ентропија је тако блиско повезана са нашим осећајем за време. Чувена сцена у роману Курта Вонегата Кланица-пет показује како ентропија утиче на правац времена на различите начине: током Другог светског рата, меци се исисавају из рањеника; ватре се „смањују” и преокренута стрела времена уништава неред и разарања рата.
Дијаграм који објашњава ентропију. Илустрација: БлиумЈ, ЦЦ БИ-СА 4.0, преко Викимедиа Цоммонс
Проблем је што ентропија јестеПрвенствено статистички концепт, он се не односи на појединачне субатомске честице. У ствари, свака интеракција честица коју су научници до сада приметили (укључујући и до милијарду интеракција у секунди које се дешавају унутар највећег атомског акцелератора на свету, Великог хадронског сударача) одржава ЦПТ инваријантност. Дакле, честице које изгледају као да се крећу напред у времену не могу се разликовати од оних у систему огледала античестица које путују „назад у прошлост“. Наравно, антиматерија која је настала из материје у Великом праску се заправо не помера уназад у времену. Само се понаша као да прати стрелу времена, супротно обичној материји.
Како су прошли експерименти?
Као што знате, суперпозиција о којој смо писалигоре, тешко је експериментално посматрати. Да би се ово постигло, оба тима физичара су осмислила сличне експерименте да поделе фотон у суперпозицију две одвојене путање кроз кристал. Као резултат тога, фотон се кретао дуж једне путање кроз кристал као и обично, али је други био конфигурисан да промени поларизацију фотона или његову тачку у простору. Циљ је да се креће као да путује у прошлост.
Фотони споља и изнутра калцита. Фотографија: Јан Павелка, ЦЦ БИ-СА 4.0
Након рекомбинације суперпонираних фотона, пролазКористећи их кроз други кристал, физичари су измерили поларизацију фотона у неколико поновљених експеримената. Као резултат тога, приметили су квантни образац интерференције који се састојао од светлих и тамних трака. Могао би постојати само ако се фотон поделио и кретао у оба смера времена. Како објашњавају аутори експеримената, ова суперпозиција процеса више личи на објекат који се истовремено ротира у смеру казаљке на сату и у супротном смеру.
Како ће ово помоћи науци?
Важно је напоменути да су физичари створили јединственуфотон са обрнутим временом само из радозналости. Али каснији експерименти су показали да оба правца времена могу бити повезана са реверзибилним логичким капијама да би се обезбедила истовремена израчунавања у оба смера. Ово отвара пут квантним процесорима са повећаном процесорском снагом.
Откриће научника ће утицати на будућност теоријеквантну гравитацију, која ће ујединити општу теорију релативности и квантну механику (Хигх-Тецх је раније детаљно писао о ове две фундаменталне теорије). Требало би да укључује честице са мешовитом временском оријентацијом, као у новим експериментима. Ако ово успе, онда ће научници моћи да проучавају неке од најмистериознијих појава у Универзуму. На пример, погледајте црне рупе или схватите да ли је путовање кроз време могуће.
Опширније:
Енергија водоника, материјал против хладног времена и биоадитиви против ЦОВИД-19: шта научници стварају на северу
Јаје је пало из свемира: погледајте шта се с њим догодило
"Тхе Валкинг Деад" су постојали пре милионима година: научници су испричали како су се појавили
</ п>