Wizja podróży w czasie fascynuje nas od dawna i często pojawia się w literaturze science fiction. Jednak czasami staje się także tematem badań naukowych, zwłaszcza w kontekście mechaniki kwantowej i próby zrozumienia, jak cztery podstawowe siły wszechświata (elektromagnetyzm, słabe i silne oddziaływania jądrowe oraz grawitacja) współgrają ze sobą.

Niedawno zespół badawczy z Uniwersytetu Cambridge przeprowadził eksperyment, który wykorzystał zjawisko znanego jako kwantowe splecenie, aby symulować, co by się stało, gdybyśmy mogli cofnąć bieg czasu. Kierownikiem tego projektu był David Arvidsson-Shukur, badacz zajmujący się fizyką kwantową w Hitachi Cambridge Laboratory (HCL) na Uniwersytecie Cambridge. Wspierała go Aidan G. McConnell, doktorant z Cavendish Laboratory Uniwersytetu Cambridge oraz badacze z Paul Scherrer Institute i Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich), a także Nicole Yunger Halpern, adiunkt na Uniwersytecie Maryland.

W fizyce kwantowej zjawisko splecenia opisuje, gdy grupa cząstek zostaje wygenerowana, wzajemnie oddziałuje lub znajduje się blisko siebie w taki sposób, że ich stany kwantowe stają się identyczne. Te cząstki utrzymują ten stan nawet po oddaleniu się na ogromne odległości, co Albert Einstein nazwał „dziwnym działaniem na odległość”. To zjawisko leży u podstaw komputacji kwantowych, gdzie wykorzystuje się splecione cząstki do wykonywania obliczeń zbyt skomplikowanych dla komputerów klasycznych.

Pytanie, czy cząstki mogą podróżować w czasie wstecz, było przedmiotem wielu dyskusji wśród fizyków. Choć wcześniej próbowano symulować modele takiej „podróży w czasie”, zespół z Cambridge podszedł do tematu w nowy sposób, łącząc swoje teorie z kwantową metrologią, która wykorzystuje mechanikę kwantową do dokonywania bardzo dokładnych pomiarów.

W swoim eksperymencie zespół splecił dwie cząstki. Jedna z nich została wykorzystana w eksperymencie, a druga pozostała oddzielnie. Następnie manipulowano drugą cząstką w taki sposób, że faktycznie zmieniono przeszłość pierwszej cząstki, co wpłynęło na wynik eksperymentu. Aby pokazać potencjalne zastosowania swojego eksperymentu w komputerach kwantowych i innych technologiach, zespół wykorzystał kwantową metrologię. W tradycyjnych eksperymentach metrologicznych fotony są przygotowywane przed wprowadzeniem ich na próbkę, a następnie rejestrowane specjalną kamerą.

Wyniki eksperymentu pokazały, że zespół jest w stanie za pomocą symulacji podróży w czasie zmieniać początkowe fotony, nawet jeśli informacje o przygotowaniu tych fotonów otrzymywali dopiero po ich dostarczeniu do próbki. Należy jednak zaznaczyć, że ten efekt był obserwowalny tylko w jednym na cztery eksperymentalne próby, co oznacza, że symulacja ma 75% szansy na niepowodzenie. Badacze proponują wysyłanie wielu splecionych fotonów, aby zniwelować to ryzyko i wiedzą, że niektóre z nich ostatecznie przeniosą aktualne informacje.

Rekomendują również wykorzystanie filtra, aby usunąć „niepoprawne” fotony, podczas gdy „poprawione” fotony trafią do kamery. Najlepszym wynikiem, według Arvidsson-Shukura, jest uzyskanie pożądanych wyników co czwarty raz, co można porównać do otrzymania pożądanego „prezentu” raz na cztery próby. Jeśli jednak „prezenty” są niedrogie, można je wysyłać przez dłuższy okres czasu, co ostatecznie prowadzi do znaczącej liczby pożądanych wyników.

Warto podkreślić, że badacze z Cambridge nie proponują tu tradycyjnej „maszyny do podróży w czasie”. Mówią raczej o głębszym zrozumieniu podstaw mechaniki kwantowej. Ich symulacje nie pozwalają na zmianę przeszłości, ale umożliwiają tworzenie lepszego jutra poprzez naprawę błędów z przeszłości.

Badania zespołu były finansowane przez różne fundacje, w tym Sweden-America Foundation, Lars Hierta Memorial Foundation, Girton College oraz Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), będący częścią UK Research and Innovation (UKRI).

Źródło: Universe Today