ماشین زمان ؛ فیزیکدانان با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی ، در مقیاس کوچک زمان را معکوس کردند

پیکان زمان به سادگی مشخص است اما چرخ دهنده های فیزیک می توانند به همان سادگی بصورت معکوس کار کنند. آیا پس از همه اینها امکان ساخت ماشین زمان وجود دارد؟

آزمایشی در اوایل سال جاری نشان می دهد تا چه حد می توان جادوگری کرد و گذشته و آینده را حداقل در مقیاس کوانتومی تغییر داد.(ت:پیش از این آزمون هایی شبیه به آن صورت گرفته بود )
اگر چه این کار ممکن است به ما اجازه ندهد که دهه 60 را دوباره زنده کنیم، اما می تواند به ما کمک کند که بهتر بدانیم.
پژوهشگران از روسیه و ایالات متحده با هم همکاری کرده اند تا راهی برای شکست یا حداقل خم شدن قوانین فیزیک درباره انرژی پیدا کنند.
قانون دوم ترمودینامیک کمتر یک قاعده دشوار و بیشتر یک اصل راهنما برای کیهان است.این قانون می گوید با تبدیل و پخش انرژی در مناطق، با گذر زمان سردتر می شود. این یک اصلی است که توضیح می دهد چرا مثلا قهوه شما در اتاق سرد، داغ نمی ماند. چرا شکستن تخم مرغ آسان تر است ولی نمی توانیم آن را به حالت اول برگردانیم.
همچنین واضح ترین مثالی که ما را به این قانون می رساند این است که چرا می توانیم شام شب گذشته را به یاد بیاوریم اما هیچ خاطره ای از کریسمس بعدی نداریم. (ت: یعنی چرا ما خاطراتی از گذشته داریم اما از آینده خاطره ای نداریم؟ این نشان از تغییراتی دارد که همان قانون دوم ترمودینامیک است.)
گوردی لسوویک متخصص کوانتوم فیزیک از موسسه تکنولوژی و فیزیک مسکو می گوید :” این قانون ارتباط نزدیکی با مفهوم پیکان زمان دارد که جهت یک طرفه زمان را از گذشته به آینده سوق می دهد.”(بسیاری دیگر از فیزیکدانان بطور معمول همین رأی را قبول دارند)
این قانون تقریباً مثل سایر قوانین فیزیک قابل فهم و معقول است. بعنوان مثال یک بازی بیلیارد را تصور کنید . اگر یک تصادف بین دو توپ اتفاق بیفتد ، عجیب به نظر نمی رسد، اما آن را بطور معکوس تصور کنید.اگر از پاکت (بخشی که توپ به داخل آن می رود) به تماشای توپ بپردازیم و نقطه ی شروع و پایان حرکت توپ را بطور معکوس ببینیم ، این تجربه عجیب خواهد بود.
در مقیاس بیلیارد و اندازه های بزرگ نباید انتظار داشت قوانین ترمودیناک نقض شوند.(ت: یعنی چنین چیزی رخ نمی دهد که ما وقایع را بطور معکوس تجربه کنیم، حال این می تواند طبق هر نظری توضیح داده شود و اکنون تحت عنوان قانون دوم ترمودینامیک توضیح داده می شود)
اما هنگامی که ما در مقیاس کوچک بررسی می کنیم ،در این مقیاس، الکترون ها در حالت دیگری ظاهر می شوند.الکترون ها مثل توپ بیلیارد نیستند، آنها بیشتر به اطلاعاتی می مانند که فضا را اشغال می کند و جزییات آنها توسط معادله شرودینگر تعریف شده است که بیانگر ویژگی های یک الکترون به عنوان امواج شانسی است.

اگر این موضوع کمی گیج کننده به نظر می رسد ، دوباره به تصور یک بازی بیلیارد بر می گردیم، اما این بار چراغ ها خاموش است.شما با اطلاعات(نشانه گیری برای ضربه به توپ) دست خود شروع می کنید و سپس به توپ ضربه زده و آن را به کناره های میز می فرستید.
معادله شرودینگر به شما می گوید توپ در جایی روی میز در حال حرکت است. از نظر کوانتومی ، توپ در همه جا با سرعت زیاد در حرکت است! اما در بعضی جاها احتمالا سرعت بیشتری دارد!
می توانید دست خود را روی میز بکشید و آن توپ را بگیرید و مکان آن را مشخص کنید، اما اکنون (پیش از دست کشیدن) مطمئن نیستید که چقدر سریع پیش می رفت. شما می توانید به آرامی انگشت خود را به آن بزنید و با اطمینان از سرعت آن مطلع شوید، اما در این صورت نمی فهمید آن توپ به کجا می رفت.ترفند دیگری که می توانید بکار بگیرید. این است که یک ثانیه پس از ضربه ای که همان ابتدا به توپ زده بودید ، مطمئن باشید که هنوز نزدیک دست شماست و با سرعت بالا در حرکت است.
اما به یک معنا معادله شرودینگر چیزی که برای ذرات کوانتومی پیشبینی می کند این است که ،امکان موقعیت ها و سرعت یک ذره با گذر زمان گسترش می یابد.
(توضیح : طبق معادله شرودینگر ، در لحظه ای که در این مثال ما توپ را با ضربه خود به حرکت در می آوریم سرعت و موقعیت آن با احتمال بسیار بالا مشخص است، اما هر چه حرکت آن ادامه پیدا کند ، هم سرعت و هم موقعیت توپ، سخت تر قابل تشخیص است.توپ در اینجا حکم ذره را داراست)
والری وینوکور از آزمایشگاه ملی آرگون در ایالات متحده می گوید: “با این حال معادله شرودینگر قابل تجدید نظر است.
از نظر ریاضی این بدان معناست که تحت یک تغییر خاص به نام پیوستگی پیچیده ،معادله یک الکترون “آغشته”شده را در همان مدت زمان مشابه، به منطقه کوچکی از فضا برمی گرداند ، توضیح می دهد.(توضیح:یعنی به جای این حالت که احتمالات فراوانی ایجاد شود،در همان مدت زمان، یک احتمال باقی می ماند و آن حرکت معکوس است.)
به نظر می رسد که توپ شما دیگر در موجی از موقعیت هاینامتناهی محتمل ، در سراسر میز تاریک پراکنده نمی شود ، اما به سمت دست شما بر میگردد.
(توضیح:فرض کنید توپ پیش از بررسی تنها مسیر معکوس را طی می کند)
از نظر تئوری هیچ مانعی وجود ندارد. شما باید ده میلیارد میز بیلیارد را در هر ثانیه بررسی کنید. (ت:منظور این است که اگر از این راه حل جدید و کامپیوتر کوانتومی استفاده نشود) اما به جای صبر و حوصله ی غیرممکن در تماشای این حالت ، تیم پژوهشگران از کامپیوتر های کوانتومی بهره برده اند و از آن بعنوان یک ” ماشین زمان ” استفاده کردند.
طبق این روش ، هر یک از حالت ها یا کیوبیت ها به حالت ساده ای تنظیم شدند که کاربرد همان ” دستی که توپ را در بیلیارد در اختیار داشت ” ، را در اختیارشان می گذاشت.
با بهره برداری از این شرایط خاص در ره اندازی کامپیوتر ، به شکلی مورد استفاده قرار گرفتند که بطور موثری معادله شرودینگر بازگردانده شود.
(ت: یعنی به جای مشاهدات دشوار در حالت قبلی، در این حالت پیشنهادی ، اکنون تنها با بکارگیری کامپیوترهای کوانتومی که طیف وسیعی از امکانات را در اختیار ما می گذارد ، شرایط بسیار بهتری فراهم می شود و از سوی دیگر با استفاده از همین کامپیوترها به نوعی معادله شرودینگر را دور زده و احتمالات محدودتر خواهند شد.)
در این روش ، ۸۵% از آزمایشات تنها بر دو کیوبیت مبتنی بودند. در سطح عملی (طبق ادعای محققان) ، الگوریتم های مورد استفاده برای دستکاری در معادله شرودینگر و با مدل معکوس کردن می توانند به بهبود و افزایش دقت کامپیوترهای کوانتومی کمک کنند.
(ت: «به عبارت ساده تر دو مرحله بکار گرفته شده تا روشی که تا پیش از این محال بود ، حالا بهتر انجام شود. مرحله اول خود استفاده از کامپیوترهای کوانتومی است که محدود به این پژوهش نیست و کلا در سال های اخیر موجب پیشرفت های متعددی شده است.توسط این کامپیوترها مشاهداتی که به علت احتمالات بسیار بسیار زیاد ، امکان نداشت، حالا به دشواری ممکن است.
اما مرحله دوم که این پژوهش تلاش کرده انجام دهد ، این است که این مشاهدات دشوار که حاصل احتمالات بسیار زیاد است، با بازنگری معادله شرودینگر و برقراری الگوی جدید معکوس سازی، انجام شود . » )
حال با استفاده از همین پژوهش و اعمال الگوی های خاص آن، دانشمندان این احتمال را مطرح کردند که شاید در شرایطی خاص ، در سطح یک الکترون، زمان بتوان برای لحظاتی بطور معکوس عمل کند.
این اولین بار نیست که این تیم قانون دوم ترمودینامیک را به چالش کشیده است. چندسال پیش نیز آنها با به دام انداختن ذرات و سرد و گرم کردن ، این کار را در مقیاس کوانتومی انجام دادند.
کشف راه هایی برای رهایی از محدودیت های این قوانین فقط در مقیاس کوانتومی امکان دارد. اما ممکن است در آینده به فهم ما در مورد جریان کیهان کمک کنند.

#arian_x
آرین رسولی

برای مطالعه در مورد زمان به

اینجا

رجوع کنید

منابع

https://www.nature.com/articles/s41598-019-40765-6

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190314092802.htm?utm_medium=cpc&utm_campaign=ScienceDaily_TMD_1&utm_source=TMD