U kvantnoj mehanici ni vrijeme ne teče kako biste očekivali
Gledajući nebesko gibanje, često se uočava osjećaj vječnosti koji bi nas mogao navesti da se zapitamo postoji li vrijeme ipak. S druge strane, pogled unatrag na naš svakodnevni život gasi sve sumnje: vrijeme postoji i ide naprijed. Ova prividna sigurnost proizlazi iz činjenice da se većina makroskopskih fizičkih fenomena može dogoditi samo u jednom smjeru.
Uzmimo na primjer slijed stvari koje radimo u jutarnjoj rutini. Kad bi nam netko pokazao našu pastu za zube kako se iz četkice vraća u tubu, znali bismo bez sumnje da nam samo pokazuju premotavanje snimke našeg dana. U fizici je ta sklonost određenih pojava da se događaju samo u jednom vremenskom smjeru povezana s njihovom proizvodnjom 'entropije', što je fizička veličina koja definira količinu nereda u sustavu.
U prirodi, procesi imaju tendenciju spontano evoluirati iz stanja s manje poremećaja u stanja s više poremećaja, a ta se sklonost može koristiti za identificiranje strelice vremena. Stoga, ako fenomen proizvodi veliku količinu entropije, promatranje njegovog vremenskog obrata je toliko nevjerojatno da postaje u biti nemoguće. Međutim, kada je proizvedena entropija dovoljno mala, postoji nezanemariva vjerojatnost da se prirodni preokret pojave.
Razmišljajući o primjeru paste za zube, ako bismo tubu stisnuli samo nježno i samo vrlo mali dio paste za zube izašao, ne bi bilo tako malo vjerojatno da bismo je vidjeli kako ponovno ulazi u tubu, usisana dekompresijom epruvete. S druge strane, kako se tuba stisne snažnije, pasta za zube će se nepovratno raširiti, što će zahtijevati mnogo veći napor ako se sve vrati.
Granica između naprijed i nazad zamagljuje se u kvantnoj mehanici
Tim fizičara sa Sveučilišta u Beču, Bristolu, na Balearskim otocima i IQOQI-Vienna, pod vodstvom Časlava Bruknera, primijenio je ovu ideju na kvantnu sferu, nastojeći dublje razumjeti kako vrijeme teče u tom režimu. Jedna od posebnosti kvantnog svijeta je princip kvantne superpozicije, prema kojem ako su moguća dva stanja kvantnog sustava, onda i taj sustav može biti u oba stanja u isto vrijeme.
Ako pogledamo unatrag na sustav koji se razvija u jednom ili drugom vremenskom smjeru (pasta za zube izlazi iz tube ili se vraća u tubu), rezultira da se kvantni sustavi također mogu naći kako se razvijaju istovremeno u oba vremenska smjera. Iako se ova ideja čini prilično besmislenom kada se primijeni na naše svakodnevno iskustvo, na svojoj najosnovnijoj razini zakoni svemira temelje se na kvantno-mehaničkim principima. Postavlja se pitanje zašto se u prirodi nikada ne susrećemo s ovim superpozicijama vremenskih tokova.
"U našem smo radu kvantificirali entropiju koju proizvodi sustav koji se razvija u kvantnoj superpoziciji procesa sa suprotnim vremenskim strelicama. Otkrili smo da to najčešće rezultira projiciranjem sustava u dobro definiranom vremenskom smjeru, što odgovara najvjerojatnijem procesu od ta dva", objašnjava Gonzalo Manzano, koautor studije.
Pa ipak, kada su uključene male količine entropije (na primjer, kada je proliveno toliko malo paste za zube da se može vidjeti kako se ponovno apsorbira u tubu), tada se mogu fizički promatrati posljedice sustava koji se razvijao naprijed i nazad vremenskim smjerovima u isto vrijeme.
Kako je istaknula Giulia Rubino, glavna autorica publikacije, "iako se vrijeme često tretira kao parametar koji se kontinuirano povećava, naša studija pokazuje da su zakoni koji upravljaju njegovim tijekom u kvantnomehaničkim kontekstima mnogo složeniji. To može sugerirati da moramo ponovno razmisliti o načinu na koji predstavljamo ovu veličinu u svim onim kontekstima u kojima kvantni zakoni igraju ključnu ulogu."
Izvor: Communications Physics