Обратное путешествие во времени: не фантастика, а наука

Согласно недавней публикации в журнале Physical Review Letters, физики показали, что симулируя модели гипотетического обратного путешествия во времени, можно решать экспериментальные проблемы, которые кажутся невозможными для решения с помощью стандартной физики. Если бы игроки, инвесторы и квантовые экспериментаторы могли изгибать стрелу времени, их преимущество было бы значительно выше, что привело бы к значительно лучшим результатам.

Авторы исследования предложили использовать квантовую запутанность — особенность квантовой теории, которая заставляет частицы быть неотъемлемо связанными — для симуляции того, что могло бы произойти, если бы можно было путешествовать назад во времени. Таким образом, игроки, инвесторы и квантовые экспериментаторы могли бы, в некоторых случаях, ретроактивно изменять свои прошлые действия и улучшать свои результаты в настоящем.

Возможность частиц путешествовать назад во времени является спорной темой среди физиков, хотя ученые ранее симулировали модели того, как такие пространственно-временные петли могли бы вести себя, если бы они существовали. Связав свою новую теорию с квантовой метрологией — использованием квантовой теории для проведения высокочувствительных измерений — команда из Кембриджа показала, что запутанность может решать проблемы, которые иначе кажутся невозможными.

Для демонстрации своей идеи авторы использовали концепцию слабых значений — способа измерения физических величин с минимальным воздействием на измеряемую систему. С помощью слабых значений можно получить информацию о системе без ее разрушения. Однако слабые значения имеют один недостаток: они очень зашумлены и требуют большого количества повторений для получения точных результатов.

Чтобы улучшить точность слабых значений, авторы предложили использовать так называемые пост-селекционные закрытые временные контуры (PCTC) — модели обратного путешествия во времени, которые позволяют изменять состояние системы после измерения. Представьте, что вы хотите отправить подарок кому-то: вы должны отправить его в первый день, чтобы он прибыл в третий день. Однако вы получаете список желаний этого человека только во второй день. Таким образом, в этом сценарии, соблюдающем хронологию, вы не можете знать заранее, что он захочет в качестве подарка, и убедиться, что вы отправили правильный.

Теперь представьте, что вы можете изменить то, что вы отправили в первый день, с помощью информации из списка желаний, полученного во второй день. Симуляция авторов использует манипуляцию с квантовой запутанностью, чтобы показать, как вы могли бы ретроактивно изменить свои предыдущие действия, чтобы обеспечить желаемый итог.

В своей работе авторы показали, что PCTC могут усилить слабые значения до высокой степени точности без шума. Это означает, что можно получить информацию о системе без ее разрушения и без необходимости повторять эксперимент много раз. Таким образом, PCTC могут улучшить научные эксперименты, связанные с квантовой метрологией.

Однако авторы подчеркивают, что их симуляция не предполагает реального обратного путешествия во времени. Они лишь используют модели PCTC как математический инструмент для исследования основ квантовой механики. «Мы не предлагаем машину времени, а скорее глубокое погружение в фундаменты квантовой механики», — говорит Дэвид Арвидссон-Шукур из Кембриджской лаборатории Hitachi.

Возможно ли путешествие назад во времени на самом деле? Это вопрос, который остается открытым для физиков и философов. Некоторые теории говорят, что это возможно при определенных условиях, но эти условия могут быть нереалистичными или противоречивыми. Например, если бы частица могла путешествовать назад во времени и взаимодействовать с самой собой в прошлом, это могло бы привести к парадоксам логики и причинности. Как избежать этих парадоксов? Есть ли способы обнаружить или проверить обратное путешествие во времени? Эти и другие вопросы требуют дальнейшего изучения и экспериментирования.