Vedcom sa v novom experimente publikovanom v dvoch štúdiách dostupných na predtlačovom serveri arXiv (prvá, druhá) podarilo umiestniť častice svetla do superpozície tak, aby sa pohybovali dopredu aj dozadu v čase zároveň.

Hoci experiment aktuálne nemá žiadne praktické využitie, v budúcnosti by mohol zlepšiť naše chápanie kvantového sveta a pomôcť pri tvorbe teórie kvantovej gravitácie. Na tému upozornil portál LiveScience.

Cestoval v čase vpred aj vzad

Dosiahnuť tento výsledok sa podarilo prostredníctvom špeciálneho optického kryštálu a toho, čo nazvali „kvantové preklopenie času“ (quantum time flip). V tomto stave sa potom fotón nachádzal v jednom momente v čase dopredu aj dozadu.

Samozrejme, vedci fotón neposlali skutočne do minulosti. Išlo však o stav, kedy fotón prechádzal optickým kryštálom spôsobom, ktorý je matematicky ekvivalentný fotónu vracajúcemu sa v čase, píše portál NewScientist. Za zmienku stojí i fakt, že rovnaký výsledok sa podarilo dosiahnuť súčasne dvom separátnym vedeckým tímom.

„Kvantové preklopenie času“ je výsledok konvergencie dvoch zvláštnych princípov kvantovej mechaniky, ktoré idú proti ľudskej intuícii a všetkému s čím sa stretávame v bežnom svete.

Dve zvláštnosti kvantového sveta

Prvým je pomerne dobre známy princíp kvantovej superpozície, ktorá umožňuje, aby častice existovali v rôznych stavoch súčasne. Najčastejšie to ilustruje Schrödingerova mačka, ktorá môže byť mŕtva aj živá súčasne. V tomto prípade však fotóny neboli mŕtve a živé, ale pohybovali sa dopredu a dozadu v čase súčasne.

„V určitom zmysle sa dá povedať, že kvantové preklopenie času je Schrödingerova mačka pre smer času,“ uviedol vedec Guilio Chiribella.

Druhým je CPT symetria alebo alebo symetria obrátenia náboja, parity a času. Ide o jednu zo základných symetrií fyzikálnych zákonov. CPT symetria je považovaná za jedinú kombináciu C (náboja), P (parity) a T (času), u ktorej je pozorované, že je presnou symetriou prírody na základnej úrovni.

Inými slovami, experiment je založený na zákone CPT symetrie, ktorý hovorí, že náboj, parita a čas sú symetrické. Ak teda vezmeme každú jednu interakciu pozorovanú v prírode a otočíme náboj, urobíme zrkadlový obraz (zmeníme súradnice) a spustime to všetko späť v čase, tieto interakcie sa budú správať úplne rovnako.

Spojením týchto dvoch princípov fyzici vytvorili fotón, ktorý vyzeral, že súčasne cestuje v smere aj v protismere šípky času.

Treba si tiež uvedomiť, že čas a entropia majú vo fyzike veľmi špecifický a dôverný vzťah. Celková entropia izolovaného systému, napr. vesmíru, sa vždy zvyšuje, a to vždy priamo v smere šípky času. Pod pojmom entropia rozumieme fyzikálnu veličinu, ktorá meria, alebo označuje neusporiadanosť, náhodnosť určitého systému.

Podľa druhého zákona termondynamiky entropia izolovanej sústavy s časom vždy rastie. Hoci smer šípky času je v bežnom živote úplne samozrejmý a nespochybniteľný, vzorce kvantovej mechaniky nič také nezahŕňajú, takže pohyb telies alebo častíc by teoreticky mohol fungovať rovnako aj v opačnom smere, a to navyše podľa rovnakých zákonov.

Cestoval v smere aj v protismere šípky času

Aby vedci preukázali, že kvantové preklopenie času je skutočne možné, rozdelili fotón do superpozície dvoch samostatných dráh, ktoré prechádzali kryštálom. Jedna smerovala sprava doľava, druhá zľava doprava.

Zatiaľ čo na ceste sprava doľava videli, že fotón sa pohybuje normálnym spôsobom (v smere šípky času) , cesta zľava doprava bola nakonfigurovaná tak, aby došlo k zmene polarizácie fotónu a to presne takým spôsobom, ako by bol fotón ovplyvnený, keby sa pohybuje späť v čase.

Takéto rozdelenie fotónu potom znamená, že výskumníci nevedeli povedať, ktorou cestou sa fotón vydal, pretože bol v superpozícií oboch ciest. Na konci svojej cesty však fotón rekombinoval a bolo možné zmerať jeho polarizáciu.

„Superpozícia procesov, ktoré sme videli je podobná objektu, ktorý sa otáča v smere a v protismere hodinových ručičiek,“ uvádza hlavný autor štúdie Teodor Strömberg.

Z experimentu podľa autorov vychádza mnoho teoretických možností, ktoré by v budúcnosti mohli pomôcť pri tvorbe teórie kvantovej gravitácie, ktorá by raz a navždy zjednotila všeobecnú teóriu relativity a kvantovú mechaniku.