Jauna kvantu skaitļošanas tehnika varētu atklāt visu mūsu modeli tam, kā laiks pārvietojas Visumā.
Lūk, kas ilgi šķita patiess: Laiks darbojas vienā virzienā. Otrs virziens? Ne tik daudz.
Dzīvē tā ir taisnība. (Otrdiena iekļaujas 2018. gada trešdienā 2019. gadā, jaunība vecumdienās.) Un tā ir taisnība klasiskajā datorā. Ko tas nozīmē? Nedaudz programmatūras, kas darbojas klēpjdatorā, ir daudz vieglāk paredzēt, kā sarežģīta sistēma nākotnē pārvietosies un attīstīsies, nekā tā ir, lai atjaunotu savu pagātni. Visuma īpašība, ko teorētiķi sauc par "cēloņsakarības asimetriju", prasa, lai laika gaitā virzītos vienā virzienā, nevis pārvietotos otrā, lai iegūtu daudz vairāk informācijas - un daudz sarežģītākus aprēķinus. (Praktiski runājot, iet uz priekšu laikā ir vieglāk.)
Tam ir reālās dzīves sekas. Balstoties uz šodienas laika apstākļu radaru datiem, meteorologi var veikt samērā labu darbu, lai prognozētu, vai pēc piecām dienām līs. Bet pajautājiet tiem pašiem meteorologiem, lai noskaidrotu, vai pirms šodienas līst lietus, izmantojot šodienas radaru attēlus? Tas ir daudz grūtāks uzdevums, kas prasa daudz vairāk datu un daudz lielākus datorus.
Informācijas teorētiķiem ilgu laiku bija aizdomas, ka cēloņsakarības asimetrija varētu būt visuma pamatiezīme. Jau 1927. gadā fiziķis Artūrs Eddingtons apgalvoja, ka šī asimetrija ir iemesls, kāpēc mēs tikai virzāmies uz priekšu cauri laikam un nekad neatpakaļ. Ja jūs saprotat Visumu kā milzu datoru, kas nepārtraukti aprēķina savu ceļu cauri laikam, vienmēr ir vieglāk - mazāk resursietilpīgam - lietām plūst uz priekšu (cēlonis, tad sekas) nekā atpakaļ (sekas, tad cēloņi). Šo ideju sauc par "laika bultu".
Bet jauns raksts, kas publicēts 18. jūlijā žurnālā Physical Review X, paver durvis iespējai, ka šī bultiņa ir klasiskā stila aprēķinu artefakts - kaut kas tāds mums šķita tikai mūsu ierobežoto rīku dēļ.
Pētnieku grupa atklāja, ka noteiktos apstākļos cēloņsakarības asimetrija izzūd kvantu datoros, kas aprēķina pilnīgi atšķirīgi - atšķirībā no klasiskajiem datoriem, kuros informācija tiek glabāta vienā no diviem stāvokļiem (1 vai 0), ar kvantu datoriem informācija tiek glabāta subatomiskās daļiņās, kas ievēro dažus dīvainus noteikumus, un tāpēc katra no tām vienlaikus var būt vairāk nekā vienā stāvoklī. Un, vēl vilinošāk, viņu raksts norāda ceļu uz turpmākiem pētījumiem, kas varētu parādīt cēloņsakarības asimetriju, Visumā vispār nepastāv.
Kā tas ir?
Ļoti sakārtotas un ļoti nejaušas sistēmas ir viegli paredzamas. (Padomājiet par pasūtītu svārstu vai telpas aizpildīšanas gāzes mākoni - nesakārtoti.) Šajā rakstā pētnieki apskatīja fiziskās sistēmas, kurām bija zeltaino cilmes traucējumu un nejaušības pakāpe - ne pārāk maz, ne pārāk daudz. (Tātad, kaut kas līdzīgs jaunattīstības laika apstākļu sistēmai.) Datoriem tos ir ļoti grūti saprast, sacīja pētījuma līdzautors Džeinijs Tompsons, sarežģītības teorētiķis un fiziķis, kurš studē kvantu informāciju Singapūras Nacionālajā universitātē.
Pēc tam viņi mēģināja izdomāt šo sistēmu pastus un nākotni, izmantojot teorētiskos kvantu datorus (fiziski datori netika iesaistīti). Viņa sacīja, ka šie kvantu datoru modeļi ne tikai patērēja mazāk atmiņas nekā klasiskie datoru modeļi, bet arī spēja laika gaitā darboties vienā virzienā vienā virzienā, neizmantojot papildu atmiņu. Citiem vārdiem sakot, kvantu modeļiem nebija cēloņsakarības asimetrijas.
"Kaut arī klasiski tas varētu būt neiespējams, ka process iet vienā virzienā," Thompson stāstīja Live Science, "mūsu rezultāti rāda, ka 'kvantiski mehāniski', process var iet vienā virzienā, izmantojot ļoti mazu atmiņu."
Un, ja tā ir taisnība kvantu datorā, tā ir taisnība Visumā, viņa teica.
Kvantu fizika ir ļoti mazu daļiņu - visu ļoti mazo Visuma daļiņu - dīvainas varbūtības uzvedības izpēte. Un, ja kvantu fizika ir patiesa visiem gabaliem, kas veido Visumu, tā ir taisnība attiecībā uz pašu Visumu, pat ja daži no tā dīvainākajiem efektiem mums ne vienmēr ir acīmredzami. Tātad, ja kvantu dators var darboties bez cēloņsakarības asimetrijas, tad arī Visums.
Protams, redzēt virkni pierādījumu par to, kā kvantu datori kādu dienu darbosies, nav tas pats, kas redzēt efektu reālajā pasaulē. Bet mēs joprojām esam tālu no kvantu datoriem, kas ir pietiekami attīstīti, lai palaistu tāda veida modeļus, kādi šajā dokumentā aprakstīti, viņi teica.
Vēl vairāk, sacīja Tompsons, šis pētījums nepierāda, ka visā Visumā nav cēloņsakarības asimetrijas. Viņa un viņas kolēģi parādīja, ka dažās sistēmās nav asimetrijas. Bet tas ir iespējams, viņa sacīja, ka ir daži ļoti kailu kvantu modeļi, kuros parādās zināma cēloņsakarības asimetrija.
"Es esmu agnostiska šajā jautājumā," viņa sacīja.
Tagad.
Nākamais solis šajā pētījumā, pēc viņas teiktā, ir atbildēt uz šo jautājumu - noskaidrot, vai cēloņsakarības asimetrija pastāv kādā no kvantu modeļiem.
Šis dokuments nepierāda, ka laika nav vai ka mēs kādu dienu varēsim tam slīdēt atpakaļ. Bet šķiet, ka tas parāda, ka viens no galvenajiem mūsu laika, cēloņu un seku izpratnes elementiem ne vienmēr darbojas tā, kā zinātnieki jau sen ir pieņēmuši, un, iespējams, nemaz nedarbosies. Ko tas nozīmē laika formai un mums visiem, joprojām ir atklāts jautājums.
Šī darba patiesais praktiskais ieguvums, pēc viņas teiktā, ir tas, ka lejā pa ceļu kvantu datori, iespējams, bez nopietnām grūtībām var viegli vadīt lietu simulācijas (piemēram, laika apstākļus) abos virzienos. Tās būtu pārmaiņas jūrā no pašreizējās klasiskās modelēšanas pasaules.
