Во секојдневниот свет времето го перцепираме како река што тече и никогаш не се враќа назад. Но во квантниот свет, оваа река понекогаш се дели на два крака, па дури и тече во спротивни насоки истовремено. Токму таков необичен феномен демонстрираа две истражувачки групи во Кина и Австрија, работејќи независно едни од други.
Квантниот свет и неговите „две патеки“
Квантната механика одамна нè научи дека честичките можат да бидат во суперпозиција – истовремено во повеќе состојби. Пред десетина години, физичарите сфатија дека ова не важи само за положба или енергија, туку и за редоследот на настаните. Во класичниот свет, ако направиме две мерења, прво се случува А, па Б. Но квантно, можно е системот да биде во суперпозиција од „А пред Б“ и „Б пред А“. Тоа значи дека причинско‑последичниот редослед станува неодреден.
Што ова значи упростено. Па, замислете две врати низ кои фотонот мора да помине. Во класичниот свет, тој избира една. Во квантниот, тој минува низ двете — и тоа во два различни редоследи.
Овој концепт беше демонстриран експериментално со т.н. квантен прекинувач (quantum switch) – уред во кој фотон истовремено ги доживува двата можни редоследи на операции. Тоа беше првиот чекор кон идејата дека не само редоследот, туку и самата насока на времето би можела да стане квантно неодредена.
Фотон што оди и напред и назад низ времето
Во 2020 година, истражувачите предложија уште порадикална идеја: што ако фотонот не само што ги меша редоследите, туку и самата насока на времето?
Физичарите Џулио Чирибела и Зиксуан Лиу предложија нов тип експеримент: систем во кој фотон би минувал низ два уреди, А и Б. Секој од двата уреди низ кои минува фотонот може да го „заврти“ неговиот квантен спин како да се движи напред или назад низ времето. Ако фотонот е во суперпозиција од двете насоки, тогаш би имале квантна верзија на двонасочна (двоглава) временска стрелка — како компас што истовремено покажува север и југ.
Експериментот: игра на сенки со поларизацијата
Во лабораторијата, ова изгледа како внимателно поставена игра на огледала и кристали. Фотон се испраќа низ два оптички уреди. Ако фотонот мине низ уредот во „нормална“ насока, неговата поларизација се врти под одреден агол; ако мине „обратно“,поларизацијата се врти за исто толку, но во спротивен правец. Така, минувањето напред или назад низ уредот симулира две спротивни временски еволуции.
Пред секое „коло“, истражувачите тајно ги подесуваат уредите така што двата можни пата на фотонот или ќе дадат ист резултат, или спротивни резултати. Задачата е да се открие која конфигурација била избрана — нешто како квантна верзија на играта „погоди ја картата“.
Ако фотонот минува само во една насока, квантната механика поставува ограничување: максималната точност е 90%. Но ако фотонот е во суперпозиција од „нормална“ и „обратна“ временска насока, тогаш теоретски може да се погоди точно секој пат.
Токму тоа го постигнаа двете групи во 2022 година. Кинескиот тим постигна точност од 99,6%, а австрискиот 99,45% – јасен доказ дека фотоните навистина биле во суперпозиција од две спротивни временски еволуции.
Дали навистина го свртивме времето?
Иако резултатите се импресивни, физичарите не се сосема согласни околу тоа што точно значат. Чирибела смета дека ова е симулација: вистинско „враќање“ на времето би барало самиот простор‑време да биде во суперпозиција од две геометрии со различни насоки на времето.
Од друга страна, Часлав Брукнер од Виена тврди дека, од гледна точка на самиот квантен систем, нема разлика помеѓу симулацијата и реалноста – фотоните се однесуваат токму како да минуваат низ две различни временски структури.
Сепак, и тој признава дека ефектот важи само за фотоните што ја менуваат поларизацијата. Ако навистина имавме суперпозиција на простор‑време, тогаш сите честички би биле засегнати, не само светлината.
Што значи ова за иднината?
И покрај философските несогласувања, истражувачите се согласни во едно: ваквите двонасочни квантни процеси би можеле да станат нова алатка за квантни технологии. Машини што можат да обработуваат информации во „две временски насоки“ би можеле да бидат побрзи или поефикасни за одредени задачи.
Се разбира, експериментите досега тестираа мошне специфична, „вештачка“ задача дизајнирана само за да го покаже ефектот. Не е јасно дали експериментот ќе изнедри некоја практична предност. Но, историјата на квантната физика е полна со примери каде чудни и апстрактни идеи подоцна станале основа на револуционерни технологии. Сепак. како што вели еден од истражувачите, „уште е рано да знаеме каде ќе нè одведе ова“.
Квантниот свет повторно нè потсетува дека природата е покреативна од нашата интуиција. А времето, кое го сметаме за најстабилна оска на реалноста, можеби е само уште една квантна сенка што може да се свитка, подели и преклопи.