เวลาไปในทิศทางเดียว: ไปข้างหน้า เด็กชายตัวเล็ก ๆ กลายเป็นชายชรา แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน ถ้วยชาแตก แต่ไม่เคยประกอบขึ้นใหม่ตามธรรมชาติ ทรัพย์สินที่โหดร้ายและไม่เปลี่ยนรูปของจักรวาลนี้เรียกว่า"ลูกศรแห่งเวลา"เป็นผลมาจากพื้นฐานของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งกำหนดว่าระบบจะมีแนวโน้มที่จะไม่เป็นระเบียบมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาและรัสเซียมีความโค้งงอที่ลูกศรเพียงเล็กน้อย - อย่างน้อยก็สำหรับอนุภาค subatomic
ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันอังคาร (12 มีนาคม) ในวารสารรายงานทางวิทยาศาสตร์นักวิจัยจัดการลูกศรของเวลาโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดเล็กมากที่ทำจากอนุภาคควอนตัมสองอนุภาคที่รู้จักกันในชื่อ qubits ซึ่งทำการคำนวณ -Twisted Physics: 7 การค้นพบที่น่าเหลือเชื่อ-
ที่ระดับ subatomic ซึ่งกฎคี่ของกลศาสตร์ควอนตัมถือแกว่งนักฟิสิกส์อธิบายสถานะของระบบผ่านโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าฟังก์ชันคลื่น ฟังก์ชั่นนี้เป็นการแสดงออกของสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ระบบอาจอยู่ใน - แม้ในกรณีของอนุภาคสถานที่ที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่อาจเกิดขึ้น - และความน่าจะเป็นของระบบที่อยู่ในสถานะใด ๆ ในเวลาใดก็ตาม โดยทั่วไปเมื่อเวลาผ่านไปฟังก์ชั่นคลื่นจะแพร่กระจายออกไป ตำแหน่งที่เป็นไปได้ของอนุภาคอาจอยู่ไกลออกไปถ้าคุณรอหนึ่งชั่วโมงกว่าถ้าคุณรอ 5 นาที
การยกเลิกการแพร่กระจายของฟังก์ชั่นคลื่นก็เหมือนกับการพยายามใส่นมที่หกกลับเข้าไปในขวด แต่นั่นคือสิ่งที่นักวิจัยประสบความสำเร็จในการทดลองใหม่นี้
“ โดยทั่วไปไม่มีโอกาสที่จะเกิดขึ้นด้วยตัวเอง” นักวิจัยนำ Valerii Vinokur นักฟิสิกส์ที่ Argonne National Laboratory ในรัฐอิลลินอยส์กล่าวกับ Live Science "มันเป็นเช่นนั้นที่พูดว่าถ้าคุณให้ลิงเครื่องพิมพ์ดีดและเวลามากมายเขาอาจเขียนเช็คสเปียร์" กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นไปได้ทางเทคนิค แต่ไม่น่าเป็นไปได้เช่นกัน
นักวิทยาศาสตร์ทำให้สิ่งที่เป็นไปไม่ได้เกิดขึ้นได้อย่างไร? โดยการควบคุมการทดลองอย่างระมัดระวัง
“ คุณต้องการการควบคุมมากมายเพื่อให้ชิ้นน้ำชาที่แตกสลายทั้งหมดกลับมารวมกัน” สตีเฟ่นบาร์ตเลตต์ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยซิดนีย์บอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต บาร์ตเลตต์ไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษา "คุณต้องควบคุมระบบเป็นอย่างมากเพื่อให้ทำเช่นนั้น ... และคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นสิ่งที่ช่วยให้เราสามารถควบคุมระบบควอนตัมได้เป็นจำนวนมาก"
นักวิจัยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อจำลองอนุภาคเดี่ยวฟังก์ชั่นคลื่นของมันกระจายออกไปเมื่อเวลาผ่านไปเหมือนระลอกคลื่นในบ่อ จากนั้นพวกเขาเขียนอัลกอริทึมในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ย้อนกลับวิวัฒนาการเวลาของทุกองค์ประกอบของฟังก์ชั่นคลื่นโดยดึงระลอกคลื่นกลับเข้าไปในอนุภาคที่สร้างขึ้น พวกเขาประสบความสำเร็จในความสำเร็จนี้โดยไม่ต้องเพิ่มเอนโทรปีหรือความผิดปกติที่อื่นในจักรวาลดูเหมือนจะท้าทายลูกธนูของเวลา
นี่หมายความว่านักวิจัยทำไฟล์เครื่องไทม์แมชชีน- พวกเขาละเมิดกฎหมายฟิสิกส์หรือไม่? คำตอบคือไม่มีคำถามทั้งสองคำถาม กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่าคำสั่งของจักรวาลจะต้องลดลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ไม่ใช่ว่ามันไม่สามารถอยู่เหมือนเดิมในกรณีพิเศษมาก และการทดลองนี้มีขนาดเล็กพอสั้นพอและควบคุมได้เพียงพอที่จักรวาลไม่ได้รับหรือสูญเสียพลังงาน
"มันซับซ้อนมากและซับซ้อนในการส่งคลื่นบนบ่อกลับ" เมื่อพวกเขาถูกสร้างขึ้น Vinokur กล่าว "แต่เราเห็นว่านี่เป็นไปได้ในโลกควอนตัมในกรณีที่ง่ายมาก" กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นไปได้เมื่อพวกเขาใช้การควบคุมที่ให้กับพวกเขาโดยคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อยกเลิกผลของเวลา
หลังจากเรียกใช้โปรแกรมระบบกลับไปสู่สถานะเดิม 85 เปอร์เซ็นต์ของเวลา อย่างไรก็ตามเมื่อมีการเปิดตัว QUBIT ครั้งที่สามการทดลองประสบความสำเร็จเพียง 50 เปอร์เซ็นต์ของเวลา นักวิจัยกล่าวว่าความซับซ้อนของระบบน่าจะเพิ่มขึ้นมากเกินไปเมื่อมี QUBIT ที่สามทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถควบคุมทุกด้านของระบบได้ยากขึ้น หากไม่มีการควบคุมนั้นจะไม่สามารถตรวจสอบเอนโทรปีได้และการกลับรายการเวลาจึงไม่สมบูรณ์ ถึงกระนั้นพวกเขาก็ตั้งเป้าหมายสำหรับระบบที่ใหญ่กว่าและคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใหญ่กว่าสำหรับขั้นตอนต่อไปของพวกเขา Vinokur บอกกับ Live Science
“ งานนี้เป็นผลงานที่ดีต่อรากฐานของฟิสิกส์” เจมส์วิทฟิลด์ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่วิทยาลัยดาร์ทเมาท์ในรัฐนิวแฮมป์เชียร์ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าวกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต "มันเตือนเราว่าแอปพลิเคชันทั้งหมดของการคำนวณควอนตัมจะต้องเป็นแอปพลิเคชันที่มุ่งเน้นที่น่าสนใจ"
“ นี่คือเหตุผลที่เรากำลังสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม” บาร์ตเลตต์กล่าว "นี่เป็นการสาธิตว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยให้เราสามารถจำลองสิ่งที่ไม่ควรเกิดขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริง"
- ความลึกลับที่ไม่ได้แก้ไขมากที่สุดในฟิสิกส์
- อนุภาคควอนตัม 18 เท่าทำให้จิตใจของเรา
- นั่นคืออะไร? คำถามฟิสิกส์ของคุณตอบ
เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อวิทยาศาสตร์สด-
