นักฟิสิกส์ยืนยันว่าเวลายังเดินไปข้างหน้าแม้ในโลกควอนตัม

นับเป็นครั้งแรกที่มีการทดลองยืนยันว่ากฎของถือเป็นจริงแม้ในระดับควอนตัม ซึ่งหมายความว่าแม้แต่ในโลกควอนตัม คุณก็ไม่สามารถทำให้นมแก้วนั้นหกได้

เหตุผลที่เวลาดำเนินไปตามปกติในชีวิตประจำวันของเราก็เนื่องมาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งระบุว่าเมื่อเวลาผ่านไประบบทั้งหมดจะมีความยุ่งเหยิงมากขึ้นหรือมีเอนโทรปีเพิ่มขึ้น และกระบวนการนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เวลาก้าวไปข้างหน้าเท่านั้น แต่นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีคาดการณ์ว่าในระดับควอนตัม กระบวนการนี้อาจดำเนินไปทั้งสองทาง

นั่นเป็นเพราะว่าเมื่อคุณเริ่มจัดการกับอนุภาคที่เล็กมากๆ กฎของฟิสิกส์ เช่นสมการชโรดิงเงอร์– มี 'สมมาตรของเวลา' หรือย้อนกลับได้ "ตามทฤษฎีแล้ว กระบวนการทางจุลทรรศน์ไปข้างหน้าและข้างหลังนั้นแยกไม่ออก"เขียน Lisa Zyga สำหรับ Phys.org

ขณะนี้นักฟิสิกส์ที่นำโดย Federal University of ABC ในบราซิลได้ทำการทดลองที่ยืนยันว่าทฤษฎีเหล่านั้นไม่ตรงกับความเป็นจริง โดยกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ยังคงไม่สามารถย้อนกลับได้แม้ในระบบควอนตัม แต่พวกเขาก็ยังไม่เข้าใจว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น

"การทดลองของเราแสดงให้เห็นถึงธรรมชาติของพลวัตควอนตัมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่ในเชิงทดลองไม่ได้ระบุสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงในระดับจุลภาค อะไรเป็นตัวกำหนดการโจมตีของลูกศรแห่งเวลา" Mauro Paternostro หนึ่งในนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Queen ในไอร์แลนด์บอกกับ Phys.org- “การจัดการกับเรื่องนี้จะช่วยชี้แจงเหตุผลขั้นสุดท้ายของการเกิดขึ้น”

แล้วคุณจะทดสอบกฎของอุณหพลศาสตร์ในระบบควอนตัมได้อย่างไร? โดยพื้นฐานแล้ว นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องสามารถตั้งค่าระบบควอนตัมแบบแยกเดี่ยวได้ และสังเกตการกลับตัวของกระบวนการทางธรรมชาติ ซึ่งซับซ้อนกว่าที่คิด

สำหรับการทดลองนี้ นักวิจัยใช้อะตอมของคาร์บอน-13 จำนวนหนึ่งในคลอโรฟอร์มเหลว และพลิกการหมุนของนิวเคลียสโดยใช้สนามแม่เหล็กสั่น จากนั้นพวกเขาใช้พัลส์แม่เหล็กอีกอันเพื่อหมุนกลับอีกครั้ง

“หากขั้นตอนนี้สามารถย้อนกลับได้ การหมุนจะกลับสู่จุดเริ่มต้น – แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น”เขียน Zyga

สิ่งที่พวกเขาเห็นคือพัลส์แม่เหล็กสลับถูกใช้อย่างรวดเร็วจนบางครั้งการหมุนของอะตอมไม่สามารถตามทันได้ ซึ่งทำให้ระบบที่แยกออกมาไม่สมดุล

นักฟิสิกส์ยืนยันว่าหลังจากการทดลอง เอนโทรปีเพิ่มขึ้นจริงๆ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ากระบวนการของอุณหพลศาสตร์ไม่สามารถย้อนกลับได้ ไม่ว่าอนุภาคจะเล็กแค่ไหนก็ตาม

โดยพื้นฐานแล้วทั้งหมดนี้หมายความว่าลูกศรแห่งเวลาทางเดียวมีอยู่แม้กระทั่งกับอนุภาคที่เล็กที่สุดในจักรวาลซึ่งท้าทายกฎทางฟิสิกส์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ และแสดงให้เห็นว่ามีอย่างอื่นเข้ามาเกี่ยวข้องเพื่อหยุดระบบควอนตัมไม่ให้สามารถย้อนกลับได้

ขณะนี้นักฟิสิกส์สนใจที่จะค้นหาว่ามันคืออะไร และพวกเขาเชื่อว่าข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับระบบควอนตัมสามารถช่วยพัฒนาความก้าวหน้าไปสู่และอุปกรณ์ควอนตัมอื่นๆ

"ความคืบหน้าใดๆ ในการจัดการกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์เวลาจำกัดในระดับควอนตัม ถือเป็นก้าวสำคัญสู่การสร้างเทอร์โมแมชชีนที่ครบครันซึ่งสามารถใช้ประโยชน์จากกฎของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อเอาชนะข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของอุปกรณ์คลาสสิก"Paternostro กล่าว

ในตอนนี้ เราสามารถดึงความรู้ที่เราไม่สามารถย้อนเวลากลับไปได้มากเท่าที่เราต้องการจากการวิจัยนี้ อดีตได้ผ่านไปแล้วจริงๆ… แม้แต่ในระดับอะตอมก็ตาม

มีงานวิจัยที่ได้รับตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ