В квантовом мире будущее влияет на прошлое

14 775 просмотров
Об авторе

Часы

Эксперимент показал, что анализ прошлого и будущего квантовой системы «предсказывает» ее состояние более точно, чем просто анализ будущего. Сложно? Давайте разберемся. Мы настолько привыкли к детективным историям, что даже не замечаем, как автор играет со временем. Обычно убийство происходит до середины книги, но читателю видно только черное пятно, и, как правило, он узнает, что случилось, только на последней странице.

Если вырвать из книги последнюю страницу, как считает физик Катер Марч из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, как читатель лучше поймет, что случилось: дочитав до момента с вырванной страницей или прочитав всю книгу целиком? Ответ слишком очевиден в случае с детективом, но далеко не так просто в мире квантовой механики, где неопределенность является фундаментальной, а не привлеченной для радости чтения.

Даже если вы знаете все, что квантовая механика может рассказать о квантовой частице, говорит Марч, вы не можете с уверенностью предсказать исход простого эксперимента по измерению ее состояния. Все, что может предложить квантовая механика, это статистическая вероятность возможных результатов.

Расхожее мнение гласит, что эта неопределенность представляет собой не дефект теории, а скорее природный факт. Состояние частицы не просто неизвестно, а воистину не определено до измерения. Акт измерения сам по себе заставляет частицы коллапсировать до определенного состояния.

В журнале Physical Review Letters, выпуск которого состоится 13 февраля, Катер Марч описывает способ сузить шансы на удачное определение. Объединив информацию об эволюции квантовой системы после точки отсчета с информацией об ее эволюции до этого времени, физик в лаборатории смог сузить шансы на верное определение состояния системы из двух с 50/50 до 90/10.

Это как если бы то, что мы делали сегодня, изменило вчерашнее. И, как следует из этой аналогии, результаты эксперимента имеют жуткое значение для времени и причинности — по крайней мере в микроскопическом мире квантовой механики.

Измерение фантома

До недавнего времени физики могли исследовать квантово-механические свойства отдельных частиц только в процессе мысленных экспериментов, поскольку любая попытка наблюдать их напрямую приводила к тому, что частицы прятали свои таинственные квантовые свойства.

В 1980-90 годах физики изобрели устройства, позволявшие им измерять эти хрупкие системы так осторожно, что те даже не коллапсировали внезапно до определенного состояния. Устройство, которое использовал Марч, представляет собой простой сверхпроводящий контур, который входит в квантовое пространство, когда охлаждается почти до абсолютного нуля. Команда Марча использовала два нижних энергетических уровня этого куба, основное и возбужденное состояние, в своей модели квантовой системы. Между этими двумя состояниями есть бесконечное число квантовых состояний, которые представляют собой суперпозиции, или комбинации, основного и возбужденного состояний.

Квантовое состояние цепи обнаруживается путем помещения ее в микроволновую коробку. Несколько микроволновых фотонов отправляются в коробку, где их квантовые поля взаимодействуют со сверхпроводящим контуром. Когда фотоны покидают коробку, они несут информацию о квантовой системе.

Важно отметить, что эти «слабые», внерезонансные измерения не беспокоят кубит, в отличие от «сильных» измерений с фотонами, которые в резонансе с разницей энергий между двумя состояниями, выбивающем цепь в одно или другое состояние.

Квантовая угадайка

В работе Марч описывает квантовую угадайку с кубитом:

«Всякий раз мы начинаем с помещения кубита в суперпозицию из двух состояний, — говорит он. — Затем проводим сильное измерение, но прячем результат, продолжая наблюдать за системой со слабыми измерениями».

Затем ученые пытаются угадать скрытый результат, словно версию убийства, которая осталась на вырванной странице детектива.

«Расчеты на будущее с применением уравнения Борна, которые выражают вероятность нахождения системы в определенном состоянии, гарантируют вам шансы на правильный ответ в 50% случаев, — говорит Марч. — Но вы также можете посчитать его наоборот, используя определенный матричный эффект. Просто возьмите все уравнения и переверните. Они будут работать и вы можете просто запустить траекторию назад».

«Таким образом, если взглянуть на обратную и впередиидущую траектории и взвесить их информацию в равной степени, мы получим некий прогноз задним число, или ретродикцию».

Интересного в этом ретрогнозе (вместо прогноза) то, что он на 90% точен. Когда физики проверили его по сохраненным измерениям раннего состояния системы, они угадали в 9 случаях из 10.

Вниз по кроличьей норе

Квантовая угадайка может пригодиться в разработке квантовых компьютеров и квантового управления открытыми системами вроде химических реакций, сделав их более надежными. Также она может иметь последствия для более глубоких проблем в физике.

С одной стороны, она предполагает, что в квантовом мире время течет назад и вперед, тогда как в классическом мире оно течет только вперед.

«Я всегда думал, что измерение должно решать вопрос временной симметрии в квантовой механике, — говорит Марч. — Если мы измеряем частицу в суперпозиции состояний и она коллапсирует в одно из двух состояний, что ж, похоже на то, что этот процесс — движение времени вперед».

Но эксперимент с квантовой угадайкой вернул симметрию времени. Улучшенные шансы на прогноз означают, что квантовое состояние каким-то образом объединяет информацию из будущего и прошлого. И это означает, что время в квантовом мире представлено двуглавой стрелой.

«Непонятно, почему в реальном мире, состоящем из множества частиц, время движется только вперед и энтропия всегда возрастает, — говорит Марч. — Но многие работают над этой проблемой, и думаю, что она будет решена через пару лет».

Тем не менее существует ли в мире, где время симметрично, такие вещи, как причина и следствие? Чтобы выяснить это, Марч предлагает запустить эксперимент с кубитом, который создаст петли обратной связи (цепочки причин и следствий), и попробовать запустить их вперед и назад. «На один такой эксперимент уйдет 20-30 минут, несколько недель на анализ и год на почесывание репы и попытки понять, сошли мы с ума или нет. В любом случае меня утешает тот факт, что у нас есть настоящий эксперимент и настоящие данные».

В квантовом мире будущее влияет на прошлое

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

14 комментариев

  1. SuperStarSieve

    Об этом Фрэнк Типлер рассказал, когда описывал свою Точку Омега. Время - такая же дименсия, как и три пространственных; будущее уже случалось, а прошлому лишь предстоит произойти... (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Archer

      Есть мнение, что все существует одновременно. И прошлое и настоящее и будущее. Только мы об этом не знаем. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • SuperStarSieve

        Возможно так и есть. Мы просто не способны сейчас это различить. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

        • Archer

          Все зависит от "точки сборки" как это назвал Кастаньеда, или от "точки зрения" (но в несколько ином смысле).
          Чтоб осознать одновременно и прошлое и будущее, нужно быть вне Времени ( и вне пространства). Но, при этом нужно учесть, что там нет материи, а значит тела,ни мозга, ни памяти, ни чувств... зато есть Все и сразу. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

          • SuperStarSieve

            Как раз об этом и говорит Типлер (Точка Омега). Можно еще назвать это пространственно-временная сингулярность.

          • Sam777

            Согласен, только не "там", а все тут, но человек не может это воспринять из-за свойств своего мозга. Вселенная такова какой ее наблюдает наблюдатель и для каждого своя. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • Archer

              Согласен "все Тут", только этого "Тут" не существует, наш Мир это всего лишь мираж, иллюзия, сон, можно сказать, что Мир это квантовые флюктуации, только без квантов. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. storm X

    Ну почему же? То, что мы делаем сегодня, может изменить завтрашний день: к примеру, закладка взрывчатки на дамбу - заложил сегодня, а рванет завтра, при условии, что таймер заведен. Но можно завести таймер в 23:50 а рванет в 0:01, это тоже завтра (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Archer

      Все не так однозначно. Если дамба будет завтра разрушена, то кто-то вчера заложил взрывчатку. При этом ваша Воля тут не присутствует.
      Шахматные фигуры не играют в шахматы, хотя и присутствуют на доске. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. Korvin

    Вы думаете что вы сами принимаете решения, но ваши решения это следствие всех причин что повлияли на него, следовательно будущее это следствие причин и оно уже существует просто вы во времени на достигли его и вы находитесь в большой иллюзии того что вы можете как то изменить предопределенный результат или предопределенное будущее. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Archer

      Должен заметить, что и сами решения нам вовсе не принадлежат. Мы ничего не решаем. Все происходит само, без нашего участия ...
      Происходит только то, что не может не происходить. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  4. arzaev

    Если бы все было так просто и будущее было бы на 100% предопределено, никакого смысла в сознательной жизни бы не возникло. Нашей вселенной изначально были заданы определенные стартовые характеристики, которые мы сегодня называем законами физики, и эти законы предполагают некий конечный результат, который действительно изменить невозможно. Однако на ход проистекания необходимых для достижения "конца" процессов опосредованным образом влияет наблюдатель, самим процессом наблюдения возбуждая возникновение различных квантовых флуктуаций, которые в свою очередь на квантовом же уровне действительно происходят в пространственно-временных плоскостях, находящихся по разные стороны от точки отсчета, то есть в прошлом и будущем. Иначе говоря, проявление воли наблюдателя влияет на траекторию протекания различных процессов, не влияя при этом на конечный результат, предопределенный заранее. То есть то, что предсказывают законы физики касательно макрообъектов произойдет в любом случае, ибо уже произошло, а мы наблюдаем лишь след того, как это было. Однако на взаимодействия между людьми, являющимися по сути новой формой материи, эти законы не распространяются, и квантовые флуктуации, вызываемые нашей жизнедеятельностью, предсказать можно с вероятностью лишь до 99,9 в периоде, но всегда останется какой-то шанс, что воздействием воли вы измените предопределенный исход. Например, дешевое и доступное для всех лекарство от спида неминуемо будет создано, но вам решать будете ли вы принимать участие в его разработке и приблизите/отдалите точку пространства-времени, когда оно будет создано. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.