كيف انقلب الزمن (وما لم يفعل) علماء فيزياء الكم

لقد أقنع الفيزيائيون جسيمات الضوء تمر بتحولات معاكسة في وقت واحد ، مثل تحول الإنسان إلى بالذئب حيث يتحول الذئب إلى إنسان. في الدوائر المصممة بعناية ، تعمل الفوتونات كما لو كان الوقت يتدفق في مزيج كمي من الأمام والخلف.

قال “لأول مرة على الإطلاق ، لدينا نوعًا ما آلة للسفر عبر الزمن تسير في كلا الاتجاهين” سونيا فرانك أرنولد، عالم فيزياء الكم بجامعة جلاسكو في اسكتلندا ولم يشارك في البحث.

لسوء الحظ بالنسبة لعشاق الخيال العلمي ، لا يوجد شيء مشترك بين الأجهزة وبين DeLorean 1982. طوال التجارب ، التي أجراها فريقان مستقلان في الصين والنمسا ، استمرت ساعات المختبر في التقدم بثبات إلى الأمام. فقط الفوتونات التي تتدفق عبر الدائرة هي التي تعاني من الخدع الزمنية. وحتى بالنسبة للفوتونات ، يناقش الباحثون ما إذا كان تقليب سهم الزمن حقيقيًا أم محاكاة.

في كلتا الحالتين ، يمكن أن تؤدي الظاهرة المحيرة إلى أنواع جديدة من التكنولوجيا الكمومية.

قال “يمكنك تصور الدوائر التي يمكن لمعلوماتك أن تتدفق في كلا الاتجاهين” جوليا روبينو، باحث في جامعة بريستول.

أي شيء في أي وقت دفعة واحدة

أدرك الفيزيائيون لأول مرة قبل عقد من الزمان أن القواعد الغريبة لميكانيكا الكم تطيح بمفاهيم الوقت المنطقية.

جوهر الغرابة الكمية هو: عندما تبحث عن جسيم ، ستكتشفه دائمًا في مكان واحد يشبه النقطة. ولكن قبل أن يتم قياسه ، يتصرف الجسيم مثل الموجة. لها “دالة موجية” تنتشر وتموجات عبر مسارات متعددة. في هذه الحالة غير المحددة ، يوجد الجسيم في مزيج كمي من المواقع المحتملة المعروفة باسم a تراكب.

في ورقة نشرت في عام 2013 ، جوليو شيريبيلا، عالم فيزياء يعمل الآن في جامعة هونغ كونغ ، اقترح المؤلفون المشاركون دائرة من شأنها أن تضع الأحداث في تراكب للأوامر الزمنية ، لتتجاوز خطوة تراكب المواقع في الفضاء. بعد أربع سنوات ، روبينو وزملاؤها مباشرة تجريبيا الفكرة. لقد أرسلوا فوتونًا عبر تراكب من مسارين: أحدهما شهد الحدث A ثم الحدث B ، والآخر حيث اختبر B ثم A. بمعنى ما ، بدا أن كل حدث يتسبب في الآخر ، وهي ظاهرة أصبحت مُسَمًّى سببية غير محددة.

لم يكتفِ بالعبث فقط بترتيب الأحداث بينما يمضي الوقت فصاعدًا ، استهدف تشيريبيلا وزميله زيكسوان ليو اتجاه المسيرة ، أو السهم ، للوقت نفسه. لقد سعوا إلى جهاز كمي يدخل فيه الزمن في تراكب يتدفق من الماضي إلى المستقبل والعكس بالعكس – سهم غير محدد للوقت.

للقيام بذلك ، أدرك Chiribella و Liu أنهم بحاجة إلى نظام يمكن أن يخضع لتغييرات معاكسة ، مثل المسرع الذي يمكن أن يتأرجح ذراعه إلى اليسار أو اليمين. لقد تخيلوا وضع مثل هذا النظام في حالة تراكب ، على غرار قيام موسيقي بتحريك المسرع الكمومي في نفس الوقت يمينًا ويسارًا. هم وصف مخطط لإنشاء مثل هذا النظام في عام 2020.

بدأ معالجات البصريات على الفور في بناء سهام مبارزة للوقت في المختبر. في الخريف الماضي ، أعلن فريقان النجاح.

لعبة ذات توقيتين

ابتكر Chiribella و Liu لعبة لا يمكن أن يتفوق فيها سوى جهاز توقيت كمي. تتضمن ممارسة اللعبة بالضوء إطلاق الفوتونات من خلال أداتين من الكريستال ، A و B. المرور للأمام من خلال أداة يؤدي إلى تدوير استقطاب الفوتون بمقدار يعتمد على إعدادات الجهاز. يؤدي المرور للخلف عبر الأداة إلى تدوير الاستقطاب في الاتجاه المعاكس تمامًا.

قبل كل جولة من اللعبة ، يضبط الحكم الأدوات سرا بإحدى طريقتين: المسار للأمام من خلال A ، ثم للخلف عبر B ، إما أن يحول وظيفة موجة الفوتون بالنسبة إلى المسار المعكوس بالزمن (للخلف خلال A ، ثم إلى الأمام من خلال ب) ، أو لن تفعل ذلك. يجب على اللاعب معرفة الخيار الذي قام به الحكم. بعد أن يرتب اللاعب الأدوات والعناصر البصرية الأخرى كيفما يريد ، يرسلون فوتونًا عبر المتاهة ، وربما يقسمونه إلى تراكب من مسارين باستخدام مرآة نصف فضية. ينتهي الفوتون في واحد من اثنين من الكاشفات. إذا قام اللاعب بإعداد المتاهة الخاصة به بطريقة ذكية بما فيه الكفاية ، فإن نقرة الكاشف الذي يحتوي على الفوتون ستكشف عن اختيار الحكم.