Kvantetyngdekraften sammenfiltret tid

Teorierne om kvantemekanik og tyngdekraft er berygtet for at være uforenelige, trods indsatsen fra snesevis af fysikere gennem de sidste halvtreds år. Imidlertid, for nylig et internationalt team af forskere ledet af fysikere fra universitetet i Wien, det østrigske videnskabsakademi samt University of Queensland (AUS) og Stevens Institute of Technology (US) har kombineret nøgleelementerne i de to teorier, der beskriver tidens flow og opdaget, at tidsmæssig orden mellem begivenheder kan udvise ægte kvantetræk .

Ifølge almen relativitetsteori, tilstedeværelsen af ​​en massiv genstand bremser tidens flow. Det betyder, at et ur, der er placeret tæt på en massiv genstand, vil løbe langsommere sammenlignet med et identisk, der er længere væk.

Imidlertid, kvanteteoriens regler tillader, at ethvert objekt kan forberedes i en superpositionstilstand. En superpositionstilstand af to placeringer er forskellig fra at placere et objekt på den ene eller den anden placering tilfældigt - det er en anden måde for et objekt at eksistere, tilladt af kvantefysikkens love.

Et af de åbne spørgsmål i fysik er:Hvad sker der, når et objekt, der er massivt nok til at påvirke tidens flow, placeres i en kvantesuperpositionstilstand?

Dette er et kontroversielt emne:nogle fysikere hævder, at sådanne scenarier er fundamentalt umulige - en eller anden ny mekanisme skal blokere for superpositionen i at dannes i første omgang - mens andre udvikler hele teorier baseret på antagelsen om, at dette er muligt.

"Vi startede med at tage fat på et spørgsmål:hvad ville et ur måle, hvis det var påvirket af et massivt objekt i en kvantesuperpositionstilstand?" forklarer Magdalena Zych fra University of Queensland.

Forskerne forventede at stå over for vejspærringerne, der gjorde scenariet umuligt, men overraskende nok ved hjælp af standard lærebogsfysik var de i stand til præcist at beskrive, hvad der sker.

De opdagede så, at når en massiv genstand placeres i en kvantesuperposition i nærheden af ​​et sæt ure, deres tidsrækkefølge kan blive virkelig kvante, trodser enhver klassisk beskrivelse.

Caslav Brukner, medforfatter fra universitetet i Wien og det østrigske videnskabsakademi tilføjede, at regimet, hvor kvantetidsorden kunne opstå, er ret fjernt fra vores daglige oplevelse, "men den vigtigste indsigt fra vores arbejde er, at kvantetidsorden overhovedet er mulig, og at det resulterer i nye fysiske effekter."

For at illustrere, hvad der sker, forestil dig et par rumskibe, der træner til en mission. De bliver bedt om at skyde mod hinanden på et bestemt tidspunkt, og straks starte deres motorer for at undvige hinandens angreb. Hvis et af skibene skyder for tidligt, det vil ødelægge den anden, og dette etablerer en umiskendelig tidsorden mellem affyringsbegivenhederne. Hvis en magtfuld agent kunne placere en tilstrækkelig massiv genstand, sige en planet, tættere på et skib ville det bremse sin optælling af tid. Som resultat, skibet længere væk fra massen vil skyde for tidligt til, at det første kan undslippe.

Kvantefysikkens og tyngdekraftens love forudsiger, at ved at manipulere en kvanteoverlejringstilstand på planeten, skibene kan ende i en superposition, hvor hver af dem bliver ødelagt. Sådan en superpositionstilstand, involverer to systemer, kaldes indviklet. Det nye arbejde viser, at den tidsmæssige rækkefølge blandt begivenheder kan udvise superposition og sammenfiltring - ægte kvantetræk af særlig betydning for at teste kvanteteori mod alternativer. Resultatet kan nu bruges som en teoretisk prøveplads for rammer for kvantetyngdekraft, og dermed være med til at komme videre med at formulere den korrekte teori om kvantetyngdekraften.

Undersøgelsen vil også være relevant for fremtidige kvanteteknologier. Kvantecomputere, der udnytter kvanterækkefølgen til at udføre operationer, kan slå enheder, der kun fungerer ved hjælp af faste sekvenser. Praktiske implementeringer af kvantetidsorden kræver ikke ekstreme forhold - såsom planeter i superposition - og kan simuleres uden brug af tyngdekraften. Opdagelsen af ​​tidens kvanteegenskaber kan føre til bedre kvanteenheder i den kommende æra af kvantecomputere.