Контент опубликован пользователем сайта

Говорят, что...

Как будущее влияет на прошлое?

26
Как будущее влияет на прошлое?

Принцип причинности в самой простой формулировке гласит, что событие в прошлом может повлиять на событие в будущем. Однако физики считают, что в квантовом мире будущее может влиять на прошлое.

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».

(с)

 

Оставьте свой голос:

299
+

Комментарии 

Войдите, чтобы прокомментировать

Anna_Panna
Anna_Panna

интересно, смогут ли люди найти применение этой информации в бытовой практике?

pfiff
pfiff

Anna_Panna, когда-нибудь обязательно. Все чем мы сегодня живем было сначала собрано по теоретическим крупицам, а потом складывалось в более сложный пазл и когда-то было упрощено для применения )

_stirlitz_
_stirlitz_

Anna_Panna, машину времени построить можно будет. потихонечку, когда-нибудь, но вполне себе не фантастика

Neuilly___
Neuilly___

Здесь надо было написать большими буквами: законы квантового мира не работают в мире который мы можем видеть. То есть если подставить вместо слова "частица" слово "мячик", то для мячика время всегда будет течь линейно и мы будем знать где он есть в данный конкретный момент.
Про 80-90 годы наверняка имелась в виду "секретная" лаборатория в принстоне, которая занималась проблемами влияния измерения на систему. Вроде бы их закрыли.

Honey-Princess
Honey-Princess

Neuilly___, я забыла про то, что эта информация не всем известна. Да, конечно, для микромира - квантовая механика, для нашего - специальная теория относительности, и они принципиально разные.

aniase
aniase

Время это одна из иллюзий этого мира. Хрономиражи вот есть ещё интересная тема.

Honey-Princess
Honey-Princess

aniase, тема очень интересная и пробирающая до мурашек (не от страха, а от чего-то необъяснимого и загадочного). Вы про нее что-нибудь писали здесь или, может быть, собираетесь?

aniase
aniase

Honey-Princess, нет, можете вы написать если есть желание.

Leopoldina
Leopoldina

Honey-Princess, Класс! А можно ссылку на источник? Или это авторская заметка?

Honey-Princess
Honey-Princess

Leopoldina, я вечером пост опубликую :-) Источников куча на самом деле.

Leopoldina
Leopoldina

Honey-Princess, Благодарю!!!!

pfiff
pfiff

Сложное чтиво, но безумно интересное )
Для нас, к сожалению, время совершает всегда только поступательное движение. Только вперёд.

faina2010
faina2010
Показать комментарий
BlueIvy
BlueIvy

faina2010, не то слово!

obviously
obviously

Ну в теории супер струн или м-теории вообще 11 измерений)) уж в каком-нибудь из них время наверняка может течь и вперед и назад и даже вбок)
А что если времени вообще нет, т. е. оно существует, но только как океан времени. существует не линейно:прошлое-настоящее-будущее, а одномоментно? Просто нам пока доступна только такая его последовательность....

Honey-Princess
Honey-Princess

obviously, скорее всего так оно и есть, время это всего лишь одно из измерений, но так как мы живем внутри него, то наши органы чувств воспринимают все только линейно. Ну это мое скромное мнение)

obviously
obviously

Honey-Princess, правильное ваше мнение, принцесса)
Ведь не существует ни цвета ни звука только волны различной длины и частоты, воспринимаемые нашим мозгом . Тот мир, который мы видим и слышим, только в нашей голове)

Honey-Princess
Honey-Princess

obviously, я тут недавно ролик на ютубе нашла, в нем объясняют, как представить десять измерений (правда без претензии на научность, просто чтобы было понятие о таких вещах). Там было о том, как будет выглядеть человек, если смотреть на него из измерения на порядок выше. Интересная такая точка зрения у автора.

Honey-Princess
Honey-Princess

http://www.youtube.com/watch?v=q7KWXL3WrIg

obviously
obviously

Honey-Princess, Посмотрела видео. мой мосх сломался где-то на шестом измерении.))) Но согласно с тем,что все существует одновременно: пространство-время и бесконечное количество вариантов событий. Наше восприятие действительности так примитивно,что реальность мы видим как та рыбка сквозь стенки круглого аквариума. Наверное это какой-то низший уровень существования и бытия. И тут на помощь нам спешат индусы со своей идеей реинкорнации))) Хорошо вел себя в этой жизни? В следующей родишься на уровень выше,чувак.) И сможешь воспринимать уже четыре измерения, к примеру))))

Загрузить еще

Войдите, чтобы прокомментировать

Сейчас на главной

Выбираем образ недели: 19.11. - 2.12.
Пять месяцев счастья: Сергей Безруков опубликовал новое фото дочки Маши
В полном составе: Риз Уизерспун с мужем Джимом Тотом и детьми на премьере мультфильма
Дженсен Эклс и Дэннил Харрис стали родителями близнецов
Шикарные формы: новые фотографии Кайли Дженнер в купальнике
Битва платьев: Дженьюари Джонс против Ксении Соловьевой
Рождественские коллекции макияжа: часть I
Мадонна сделала предложение Шону Пенну, оделась в костюм клоуна и раскритиковала Дональда Трампа
Второй этап конкурса "Самые стильные в России-2017" по версии HELLO!: самая стильная пара
Иван Ургант, Влад Лисовец, Татьяна Геворкян и другие на открытии бутика
Новый сериал: Евгений Цыганов, Мария Андреева и другие в сериале "София"
Дмитрий Хворостовский отменяет выступления из-за ухудшения здоровья
СМИ: Канье Уэст живет отдельно от Ким Кардашьян и детей
Драка за коляску: Ксения Собчак с Максимом Виторганом и мамой Людмилой Нарусовой на прогулке с сыном
Мода в моменте: Виктория Бекхэм присоединилась к флешмобу Mannequin Challenge
Шнур, Филипп Киркоров, Елка на церемонии вручения премий "Высшая лига"
Мила Кунис и Эштон Катчер сообщили имя новорожденного сына
Битва платьев: Светлана Бондарчук против Екатерины Мухиной