Η αντιστροφή του χρόνου

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας, από κοινού με τους συναδέλφους τους από τις ΗΠΑ κατάφεραν να στρέψουν προς τα πίσω το βέλος του χρόνου «αντιστρέφοντας» θερμοδυναμικά το χρόνο σε κβαντικό υπολογιστή. 

Εκτός αυτού υπολίσαν ποια είναι η πιθανότητα ενός ηλεκτρονίου στον μεσοαστρικό χώρο να μεταβεί μόνο του στο πρόσφατο παρελθόν του. Ο 2 ος θερμοδυναμικός νόμος λέει, ότι η εντροπία κλειστού θερμοδυναμικού συστήματος δεν μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Γι’ αυτό, για παράδειγμα, η θερμότητα δεν περνά από ένα ψυχρότερο σώμα σε ένα θερμότερο. Συμβαίνει μόνο το αντίστροφο, 

Γι’ αυτό, παρόλο που οι νόμοι της φύσης στην πλειοψηφία τους δεν κάνουν διάκριση ανάμεσα στο παρελθόν και το μέλλον, στην ουσία όλες οι διαδικασίες στο μικρόκοσμο εξελίσσονται μόνο ακολουθώντας το «βέλος του χρόνου». 

Η Μπάλα του μπιλιάρδου καταστρέφει το τρίγωνο που σχηματίζουν οι άλλες μπάλες στην αρχή του παιχνιδιού και αυτό το τρίγωνο δεν μπορεί από μόνο του να ξανασχηματιστεί. 

Το τσαγερό κρυώνει αν μείνει στο δωμάτιο και δεν μπορεί με τίποτε να ζεσταθεί μόνο του κ.τ.λ. 

Μ’ άλλα λόγια, κάθε κλειστό σύστημα (χωρίς εισροή ενέργειας απ’ έξω) είτε διατηρεί την κατάστασή του, είτε από μόνο του κινείται προς την αταξία και όχι προς την τάξη. Και μάλιστα το δεύτερο γίνεται πολύ πιο συχνά από το πρώτο. 

Οι Φυσικοί αποφάσισαν να ελέγξουν αν είναι δυνατόν ο χρόνος από μόνος του να αντιστραφεί. έστω και για ένα μόνο σωματίδιο, έστω για ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου. 

Στην αρχή έκαναν ένα νοητικό πείραμα (με υπολογισμούς) με ένα και μοναδικό ηλεκτρόνιο στον κενό μεσοαστρικό χώρο. Στην αρχή «καθορίζεται» η θέση του, δηλαδή προσδιορίζεται η περιοχή του χώρου, στην οποία μπορεί να βρίσκεται. Σύμφωνα, όμως με το 2ο θερμοδυναμικό νόμο, το τμήμα αυτό του χώρου, στο οποίο βρίσκεται το ηλεκτρόνιο, σε κλάσματα του δευτερολέπτου διευρύνεται και σιγά σιγά θα ξέρουμε για το συγκεκριμένο ηλεκτρόνιο όλο και λιγότερα. 

Αυτό είναι ανάλογο με την αύξηση της εντροπίας ενός μεγάλου συστήματος, την οποία περιγράφει ο 2 ος θερμοδυναμικός νόμος. Στο άρθρο τους

i που δημοσιεύθηκε στο Scientific Reports, οι ερευνητές εξέτασαν την αντίστροφη διαδικασία, όταν το ηλεκτρόνιο, που έχει διευρύνει το χώρο παρουσίας του σε σε κλάσματα του δευτερολέπτου, από μόνο του περιορίζεται σε μικρότερο χώρο. Υπολόγισαν την πιθανότητα να συμβεί κάτι τέτοιο από την εξίσωση Σρέντινγκερ

ii . Αποδείχθηκε, αν κάθε δευτερόλεπτο παρατηρούνται 10 δισεκατομμύρια χωρικά «καθορισμένα» ηλεκτρόνια στον κενό χώρο, η πιθανότητα αντιστροφής του «βέλους του χρόνου» υλοποιείται μόνο μια φορά σε προσπάθειες που διαρκούν 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. 

Και τότε το «βάθος» αυτού του «ταξιδιού στο παρελθόν» αντιστοιχεί σε ένα προς δεκάκις δισεκατομμυριαστό του δευτερολέπτου. Η πιθανότητα παρατήρησης ενός παρόμοιου φαινομένου σε ένα και μοναδικό ηλεκτρόνιο είναι απειροελάχιστη. Επειδή όμως στα σώματα που υπάρχουν στον μακρόκοσμο υπάρχουν πολλών ειδών σωματίδια, η πιθανότητα γίνεται ακόμη μικρότερη. 

Στη συνέχεια οι επιστήμονες προσπάθησαν να αντιστρέψουν το χρόνο πειραματικά. Αντι για ηλεκτρόνιο μελέτησαν την κατάσταση ενός κβαντρικού υπολογιστή στην αρχή από δύο και στη συνέχεια από τρία υπεραγώγιμα qbitiii . Στην αρχή όλα τα qbit τέθηκαν στην κατάσταση 0, τη βασική. 

Τη στιγμή εκείνη όλα τα ηλεκτρόνιά τους ήταν χωροθετημένα σε μια μικρή περιοχή του χώρου. Θα μπορούσαμε να τα συγκρίνουμε με τις μπάλες του μπιλιάρδου που είναι στο τρίγωνο. Ύστερα έρχεται το στάδιο υποβάθμισης του συστήματος. Όπως διευρύνεται ο χώρος του ηλεκτρονίου και το τρίγωνο διαλύεται από το χτύπημα, η κατάσταση των qbit αρχίζει να γίνεται όλο και πιο περίπλοκη. Για το σκοπό αυτό για μικρό χρονικό διάστημα αρχίζει να λειτουργεί υπολογιστικό πρόγραμμα εξέλιξης της κατάστασης των qbit . Παρόμοια υποβάθμιση θα συνέβαινε και από μόνη της, λόγω της αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον, διότι η κατάσταση τείνει προς την αταξία. 

Αλλά ο ελεγχόμενος χαρακτήρας του προγράμματος αυτόνομης εξέλιξης του συστήματος κάνει δυνατό το τελευταίο στάδιο του πειράματος. Στη συνέχεια το «βέλος του χρόνου» αντιστρέφεται. 

Ένα ειδικό πρόγραμμα μετατρέπει την κατάσταση του κβαντικού υπολογιστή έτσι, ώστε στη συνέχεια εξελίσσεται αντίστροφα, από την αταξία προς την τάξη. Αυτό είναι ανάλογο με τις διακυμάνσεις του πεδίου για το ηλεκτρόνιο, μόνο που τώρα, στον κβαντικό υπολογιστή, οι ερευνητές το έθεσαν σε λειτουργία συνειδητά. Αν θέλουμε να δούμε κάτι ανάλογο με το τρίγωνο του μπιλιάρδου, μπορούμε να πούμε, ότι μοιάζει σα να κούνησε κάποιος το μπιλιάρδο με τόση ακρίβεια, προσπαθώντας να επαναφέρει τις μπάλες στην αρχική τους θέση. 

Προς το τέλος, στο στάδιο της ανασύστασης, οι ερευνητές έθεσαν και πάλι σε λειτουργία το ίδιο πρόγραμμα εξέλιξης, αποτέλεσμα του οποίου ήταν η αύξηση της αταξίας.Και τότε, το σύστημα των qbit άρχισε να κινείται προς το παρελθόν, σα να είχαμε «σμίκρυνση» του χώρου του ηλεκτρονίου και οι μπάλες, ακολουθώντας τις τροχιές τους αντίστροφα να σχημάτιζαν ξανά το τρίγωνο. 

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι στο 85% των περιπτώσεων, μετά από όλα αυτά, ο υπολογιστής με τα δύο qbit επανερχόταν στην αρχική του κατάσταση. Στην περίπτωση των τριών qbit το ποσοστό έπεφτε στο 50%. Όπως όμως ισχυρίζονται, αυτό εξηγείται από τις ατέλειες του υπολογιστή.

 Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας τα σφάλματα θα μειωθούν. Εκτός αυτού, ο ίδιος ο αλγόριθμος αντιστροφής του χρόνου μπορεί να κάνει τον κβαντικό υπολογιστή ακριβέστερο.

 Εξίσου σημαντικό είναι και το γεγονός, ότι για πρώτη φορά οι επιστήμονες απέδειξαν την ίδια τη δυνατότητα αντιστροφής του «βέλους του χρόνου» όχι τυχαία, αλλά με τη χρήση προγραμματισμένων διαδικασιών. Σε ποιο εξελιγμένους κβαντικούς υπολογιστές ίσως καταφέρουμε να προχωρήσουμε περισσότερο σε αυτή την κατεύθυνση. Τα στάδια του ρεαλιστικού πειράματος με τον κβαντικό υπολογιστή. Και τα τρία συστήματα εξελίσσονται από την τάξη προς την αταξία και, στη συνέχεια, οι καταστάσεις τους αλλάζουν μιας αρχικής εξωτερικής επίδρασης και συνεχίζουν να εξελίσσονται αντίστροφα. 

από την σελίδα του Χρίστου Τρικαλινού Καθηγητή Φυσικής ΕΚΠΑ

Πηγή: https://chrdk.ru/news/fiziki_zagnuli_strelu_vremeni και Υπηρεσία ενημέρωσης του Ινστιτούτου Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας (https://mipt.ru/newsblog/lenta/fiziki_obratili_vremya_vspyat_s_pomoshchyu_kvantovogo_kom pyutera)