Du har sikkert hørt om Schrödingers katt, den uheldige kattungen i en boks som samtidig er levende og død til boksen blir åpnet for å avsløre dens faktiske tilstand. Vel, nå vik deg rundt Schrödingers tid, en situasjon der én hendelse samtidig kan være årsaken og effekten av en annen hendelse.
Et slikt scenario kan være uunngåelig i enhver teori om kvantetyngdekraft, et fortsatt grumsete fysikkområde som søker å kombinere Albert Einsteins teori om generell relativitet med virkningene av kvantemekanikken. I en ny artikkel lager forskere en mashup av de to ved å forestille seg stjerneskip i nærheten av en enorm planet hvis masse bremser tiden. De konkluderer med at stjerneskipene kunne befinne seg i en tilstand der årsakssammenheng er snudd: En hendelse kan ende med å forårsake en annen hendelse som skjedde før den.
"Man kan tenke ut et slikt scenario der temporær orden eller årsak og virkning ligger i superposisjon for å bli snudd eller ikke reversert," sa studieforfatter Igor Pikovski, fysiker ved Center for Quantum Science and Engineering ved Stevens Institute of Technology i New Jersey. "Dette er noe vi forventer bør finne sted når vi har en fullstendig teori om kvantetyngdekraften."
Kvantetid
Den berømte Schrödingers kattetankeksperiment ber en seer om å forestille seg en boks som holder en katt og en radioaktiv partikkel, som, når den først er forfalt, vil drepe den uheldige kattedyret. Etter prinsippet om kvantesuperposisjon er kattens overlevelse eller død like sannsynlig inntil den blir målt - så inntil kassen er åpnet, er katten samtidig levende og død. I kvantemekanikk betyr superposisjon at en partikkel kan eksistere i flere tilstander på samme tid, akkurat som Schrödingers katt.
Det nye tankeeksperimentet, publisert 21. august i tidsskriftet Nature Communications, kombinerer prinsippet om kvantesuperposisjon med Einsteins teori om generell relativitet. Generell relativitet sier at massen til et gigantisk objekt kan bremse tiden. Dette er veletablert som sant og målbart, sa Pikovski; en astronaut som går i bane rundt Jorden vil oppleve tiden bare en smidge raskere enn hans eller hennes tvilling tilbake på planeten. (Dette er også grunnen til å falle ned i et svart hull ville være en veldig gradvis opplevelse.)
Så hvis et futuristisk romfartøy var i nærheten av en massiv planet, ville mannskapet oppleve tiden som litt tregere enn folk i et romfartøy som var stasjonert lenger unna. Nå, kast inn litt kvantemekanikk, så kan du forestille deg en situasjon der planeten er superposisjonert samtidig nær og langt borte fra de to romskipene.
Tiden blir rar
I dette superposisjonerte scenariet med to skip som opplever tid på forskjellige tidslinjer, kan årsak og virkning bli vanvittig. Si for eksempel at skipene blir bedt om å utføre et treningsoppdrag der de skyter mot hverandre og unnviker hverandres brann, og vet fullstendig om tiden missilene vil skyte og avskjære sine posisjoner. Hvis det ikke er noen massiv planet i nærheten som tuller med tidens strøm, er dette en enkel øvelse. På den annen side, hvis den enorme planeten var til stede og skipets kaptein ikke tok hensyn til avtakelsen av tiden, kan mannskapet unnvike for sent og bli ødelagt.
Med planeten i superposisjon, samtidig nær og fjern, ville det være umulig å vite om skipene ville unnvike for sent og ødelegge hverandre eller om de ville flytte til side og overleve. Dessuten kan årsak og virkning reverseres, sa Pikovski. Se for deg to hendelser, A og B, som er årsakssammenhenger.
"A og B kan påvirke hverandre, men i det ene tilfellet er A før B, mens i det andre tilfellet er B før A" i en superposisjonstilstand, sa Pikovski. Det betyr at både A og B samtidig er årsaken og effekten av hverandre. Heldigvis for de sannsynligvis forvirrede mannskapene til disse imaginære romfartøyene, sa Pikovski, ville de ha en matematisk måte å analysere hverandres sendinger for å bekrefte at de var i en superposisjonert tilstand.
Det er klart, i det virkelige liv beveger planeter seg ikke rundt galaksen viltert. Men tankeeksperimentet kan ha praktiske implikasjoner for kvanteberegning, selv uten å utarbeide en hel teori om kvantetyngdekraften, sa Pikovski. Ved å bruke superposisjoner i beregninger, kan et kvanteberegningssystem samtidig evaluere en prosess som en årsak og som en effekt.
"Kvantemaskiner kan være i stand til å bruke dette for mer effektiv beregning," sa han.
