טכניקה חדשה לחישוב קוונטי יכולה לפתוח את כל המודל שלנו של איך שהזמן נע ביקום.
הנה מה שנראה זמן רב כנכון: הזמן עובד בכיוון אחד. הכיוון השני? לא כל כך.
זה נכון בחיים. (יום שלישי מתרחש ביום רביעי, 2018 לתוך 2019, נוער לזקנה.) וזה נכון במחשב קלאסי. מה זה אומר? הרבה יותר קל עבור קצת תוכנה הפועלת על המחשב הנייד שלך לחזות כיצד מערכת מורכבת תזוזה ותתפתח בעתיד מאשר ליצור מחדש את עברה. מאפיין של היקום אותו מכנים תיאורטיקנים "אסימטריה סיבתית" דורש כי יידרש מידע רב יותר - וחישובים מורכבים בהרבה - כדי לנוע בכיוון אחד לאורך זמן מאשר לעשות זאת בכיוון השני. (באופן מעשי, קל יותר להתקדם בזמן).
יש לכך השלכות בחיים האמיתיים. מטאורולוגים יכולים לעשות עבודה טובה למדי בכדי לחזות אם יירד גשם בעוד חמישה ימים על סמך נתוני מכ"ם מזג האוויר של ימינו. אך בקשו מאותם מטאורולוגים להבין האם ירד גשם לפני חמישה ימים באמצעות תמונות הרדאר של היום? זו משימה מאתגרת הרבה יותר, הדורשת הרבה יותר נתונים ומחשבים גדולים בהרבה.
תיאורטיקני מידע חשדו במשך זמן רב כי א-סימטריה סיבתית עשויה להיות מאפיין בסיסי ביקום. כבר לפני שנת 1927, הפיזיקאי ארתור אדינגטון טען שהא-סימטריה הזו היא הסיבה שאנחנו מתקדמים רק לאורך הזמן, ולעולם לא מפגרים. אם אתה מבין את היקום כמחשב ענק המחשב כל הזמן את דרכו לאורך זמן, זה תמיד קל יותר - פחות עתיר משאבים - לדברים לזרום קדימה (סיבה, ואז אפקט) מאשר לאחור (אפקט, ואז סיבה). רעיון זה נקרא "חץ הזמן".
אולם מאמר חדש, שפורסם ב -18 ביולי בכתב העת Physical Review X, פותח את הדלת לאפשרות שהחץ הזה הוא חפץ של חישוב בסגנון קלאסי - דבר שנראה לנו רק במקרה בגלל הכלים המוגבלים שלנו.
צוות חוקרים מצא שבנסיבות מסוימות א-סימטריה סיבתית נעלמת בתוך מחשבים קוונטיים, המחשבים בצורה שונה לחלוטין - בניגוד למחשבים קלאסיים בהם מידע מאוחסן באחד משני מצבים (1 או 0), עם מחשבים קוונטיים, מידע מאוחסן בחלקיקים תת-אטומיים העוקבים אחר כללים מוזרים וכך כל אחד יכול להיות יותר ממצב אחד בו זמנית. ואף יותר מפתה, העיתון שלהם מצביע על הדרך לעבר מחקר עתידי שיכול להראות כי א-סימטריה סיבתית לא באמת קיימת ביקום בכלל.
איך זה?
קל מאוד לחזות מערכות מסודרות ומאוד אקראיות. (חשבו על מטוטלת שהוזמנה - או ענן גז שממלא הפרעה בחדר.) במאמר זה, החוקרים בדקו מערכות פיזיות שיש בהן רמת הפרעה ואקראיות של גלילי זהב - לא מעט מדי ולא יותר מדי. (אז, משהו כמו מערכת מזג אוויר מתפתחת.) אלה קשה מאוד להבין את המחשבים, אמר מחבר המחקר ג'יין תומפסון, תיאורטיקן ופיזיקאי מורכב שלומד מידע קוונטי באוניברסיטה הלאומית של סינגפור.
בשלב הבא הם ניסו להבין את התקדמות ועתידם של מערכות אלו באמצעות מחשבים קוונטיים תיאורטיים (לא היו מעורבים מחשבים פיזיים). לא רק שמודלים אלה של מחשבים קוונטיים השתמשו בזיכרון פחות מדגמי המחשבים הקלאסיים, היא אמרה, הם הצליחו לרוץ לשני הכיוונים לאורך הזמן מבלי להשתמש בזיכרון הנוסף. במילים אחרות, המודלים הקוונטיים לא היו אסימטריה סיבתית.
"אמנם באופן קלאסי, יתכן ויהיה בלתי אפשרי לתהליך ללכת לאחד הכיוונים," אמר תומפסון ל- Live Science, "התוצאות שלנו מראות ש'קוונטים מכניים ', התהליך יכול ללכת לשני הכיוונים באמצעות מעט זיכרון."
ואם זה נכון בתוך מחשב קוונטי, זה נכון ביקום, היא אמרה.
פיזיקת הקוונטים היא חקר ההתנהגויות ההסתברותיות המוזרות של חלקיקים קטנים מאוד - כל החלקיקים הקטנים מאוד ביקום. ואם הפיזיקה הקוונטית נכונה לכל החלקים המרכיבים את היקום, זה נכון ליקום עצמו, גם אם חלק מההשפעות המוזרות שלו לא תמיד ברורות לנו. כך שאם מחשב קוונטי יכול לפעול ללא סימטריה סיבתית, כך גם היקום יכול.
כמובן, לראות סדרת הוכחות כיצד מחשבים קוונטיים יעבדו יום אחד זה לא אותו דבר כמו לראות את האפקט בעולם האמיתי. עם זאת, אנו עדיין רחוקים ממחשבים קוונטיים המתקדמים מספיק כדי להריץ את סוג הדגמים שעיתון זה מתאר, אמרו.
יתר על כן, אמר תומפסון, המחקר הזה לא מוכיח כי אין סימטריה סיבתית בשום מקום ביקום. היא ועמיתיה הראו שאין אסימטריה בקומץ מערכות. אבל זה אפשרי, היא אמרה, שיש כמה מודלים קוונטיים מאוד עצומים שבהם מופיעה איזו סימטריה סיבתית.
"אני אגנוסטית בנקודה זו," אמרה.
לעת עתה.
השלב הבא במחקר זה, אמרה, הוא לענות על השאלה הזו - להבין האם א-סימטריה סיבתית קיימת במודלים קוונטיים כלשהם.
מאמר זה אינו מוכיח כי הזמן אינו קיים, או שיום אחד נוכל להחליק דרכו לאחור. אבל נראה כי אחד מאבני הבניין העיקריות להבנתנו את הזמן, הסיבה והתוצאה, אינו תמיד עובד באופן שמדענים הניחו זה מכבר - ואולי אינו עובד כך כלל. מה המשמעות של צורת הזמן, ועבור כולנו, היא עדיין שאלה פתוחה.
היתרון המעשי האמיתי של עבודה זו, היא אמרה, הוא שבדרך בה מחשבים קוונטיים עשויים להיות מסוגלים להריץ בקלות סימולציות של דברים (כמו מזג האוויר) לכל כיוון לאורך הזמן, ללא קושי רציני. זה יהיה שינוי ימי מעולם הדוגמנות הקלאסית הנוכחי.
