Bạn có thể đã nghe nói về con mèo của Schrödinger, chú mèo không may trong một chiếc hộp đồng thời sống và chết cho đến khi chiếc hộp được mở ra để lộ trạng thái thực sự của nó. Chà, bây giờ hãy tập trung suy nghĩ về thời gian của Schrödinger, một tình huống trong đó một sự kiện có thể đồng thời là nguyên nhân và kết quả của một sự kiện khác.
Một kịch bản như vậy có thể là không thể tránh khỏi trong bất kỳ lý thuyết nào về lực hấp dẫn lượng tử, một lĩnh vực vật lý vẫn còn âm u tìm cách kết hợp thuyết tương đối rộng của Albert Einstein với hoạt động của cơ học lượng tử. Trong một bài báo mới, các nhà khoa học tạo ra một bản mashup của cả hai bằng cách tưởng tượng những ngôi sao gần một hành tinh to lớn có khối lượng làm chậm thời gian. Họ kết luận rằng các phi thuyền có thể thấy mình ở trạng thái đảo ngược quan hệ nhân quả: Một sự kiện có thể kết thúc gây ra một sự kiện khác xảy ra trước nó.
"Người ta có thể nghĩ ra loại kịch bản này trong đó trật tự thời gian hoặc nguyên nhân và kết quả là sự chồng chất của việc bị đảo ngược hoặc không bị đảo ngược", đồng tác giả nghiên cứu, ông Igor Pikovski, nhà vật lý tại Trung tâm Khoa học và Kỹ thuật lượng tử thuộc Viện Công nghệ Stevens, cho biết. Áo mới. "Đây là điều chúng ta mong đợi sẽ diễn ra một khi chúng ta có một lý thuyết đầy đủ về lực hấp dẫn lượng tử."
Thời gian lượng tử
Thí nghiệm nghĩ mèo nổi tiếng của Schrödinger yêu cầu người xem tưởng tượng một chiếc hộp chứa một con mèo và một hạt phóng xạ, một khi đã phân rã sẽ giết chết con mèo không may. Theo nguyên tắc chồng chất lượng tử, sự sống sót hay cái chết của con mèo có khả năng như nhau cho đến khi được đo - vì vậy cho đến khi chiếc hộp được mở ra, con mèo đồng thời sống và chết. Trong cơ học lượng tử, sự chồng chất có nghĩa là một hạt có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc, giống như con mèo của Schrödinger.
Thí nghiệm tư tưởng mới, được công bố ngày 21 tháng 8 trên tạp chí Nature Communications, kết hợp nguyên tắc chồng chất lượng tử với thuyết tương đối rộng của Einstein. Thuyết tương đối rộng nói rằng khối lượng của một vật thể khổng lồ có thể làm chậm thời gian. Điều này được thiết lập tốt là đúng và có thể đo lường được, Pikovski nói; một phi hành gia quay quanh Trái đất sẽ trải qua thời gian chỉ là một nụ cười nhanh hơn so với người anh em sinh đôi của mình trên hành tinh này. (Đây cũng là lý do tại sao rơi vào lỗ đen sẽ là một trải nghiệm rất từ từ.)
Do đó, nếu một tàu vũ trụ tương lai ở gần một hành tinh lớn, phi hành đoàn của nó sẽ trải qua thời gian chậm hơn một chút so với những người trong một tàu vũ trụ đồng hành đóng quân ở xa hơn. Bây giờ, ném vào một cơ học lượng tử nhỏ, và bạn có thể tưởng tượng một tình huống trong đó hành tinh đó được đặt chồng lên đồng thời gần và xa hai tàu vũ trụ.
Thời gian trở nên kỳ lạ
Trong kịch bản chồng chất này của hai con tàu trải qua thời gian trên các mốc thời gian khác nhau, nguyên nhân và kết quả có thể trở nên khó khăn. Ví dụ, giả sử các tàu được yêu cầu thực hiện một nhiệm vụ huấn luyện trong đó chúng bắn vào nhau và né tránh lửa của nhau, biết rõ thời gian các tên lửa sẽ phóng và đánh chặn vị trí của chúng. Nếu không có hành tinh lớn gần đó làm rối tung dòng chảy thời gian, thì đây là một bài tập đơn giản. Mặt khác, nếu hành tinh to lớn đó có mặt và thuyền trưởng của con tàu không tính đến thời gian chậm lại, thủy thủ đoàn có thể né quá muộn và bị phá hủy.
Với hành tinh chồng chất, đồng thời gần và xa, sẽ không thể biết liệu các con tàu có né quá muộn và tiêu diệt lẫn nhau hay liệu chúng sẽ di chuyển sang một bên và sống sót. Những gì nhiều hơn, nguyên nhân và kết quả có thể được đảo ngược, Pikovski nói. Hãy tưởng tượng hai sự kiện, A và B, có liên quan đến nhau.
"A và B có thể ảnh hưởng lẫn nhau, nhưng trong một trường hợp A là trước B, trong khi trong trường hợp khác B là trước A" trong trạng thái chồng chất, Pikovski nói. Điều đó có nghĩa là cả A và B đồng thời là nguyên nhân và kết quả của nhau. May mắn thay cho các phi hành đoàn có khả năng nhầm lẫn của các tàu vũ trụ tưởng tượng này, Pikovski nói, họ sẽ có một cách toán học để phân tích truyền của nhau để xác nhận rằng họ đang ở trạng thái chồng chất.
Rõ ràng, trong cuộc sống thực, các hành tinh không di chuyển quanh thiên hà. Nhưng thí nghiệm tư duy có thể có ý nghĩa thực tiễn đối với điện toán lượng tử, ngay cả khi không tìm ra toàn bộ lý thuyết về lực hấp dẫn lượng tử, Pikovski nói. Bằng cách sử dụng các chồng chất trong các tính toán, một hệ thống điện toán lượng tử có thể đồng thời đánh giá một quá trình là nguyên nhân và là một hiệu ứng.
"Máy tính lượng tử có thể có thể sử dụng điều này để tính toán hiệu quả hơn", ông nói.
