Учени обърнаха посоката на времето. Да, наистина.

Седни. За това ще ти трябва малко време.

Екип от националната лаборатория "Лос Аламос" публикува изследване, което ме накара да си счупя главата. Те успяха да обърнат посоката на времето в квантови системи. Не метафорично. Не "същото като вчера". Действително, наистина обърнаха стрелата на времето на квантово ниво.

Статията е в Physical Review X — тежко четиво дори за хората, които се занимават с това. Затова ще ти я преведа на човешки.

Какво всъщност означава "стрела на времето"?

Винаги ли си забелязвал, че яйцето не се връща цяло след като се счупи? Че млякото се разлива на пода, а не обратно в чашата? Това е стрелата на времето — универсалното правило, което кара нещата да се случват само в една посока.

На нивото, на което живеем, всичко е логично. Всичко естествено върви към безредие. Физиците му казват "ентропия" — да, същата дума, която майка ти споменава, когато ти обяснява защо трябва да си измиеш стаята.

Но ето какво не ти казват в училище: на микроскопично ниво — квантовият свят на отделни частици и атоми — правилата са съвсем различни. Фундаменталните уравнения изобщо не се интересуват дали времето върви напред или назад. Обърни посоката и математиката си работи и в двата случая. Лудост.

Какво направиха учените?

Екипът разработи нови методи за контрол, които им позволиха да преформатират начина, по който времето тече в квантови системи. Могат да потиснат нормалното "време напред" поведение, дори да го обърнат.

Представи си видео с квантови частици, подскачащи наоколо. Обикновено ги гледаш как следват определен път. С тези нови протоколи изследователите могат да накарат частиците да изглеждат така, сякаш се движат по път, който има смисъл само ако времето върви назад.

Постигнаха това с комбинация от квантови измервания и контрол с обратна връзка. Когато измериш квантова система, това всъщност я променя — за разлика от класическата физика, където измерването е просто гледане. Екипът разбра как да използва това смущение целенасочено — като знаеш точно колко силно да бутнеш люлката, за да контролираш височината ѝ.

Създадоха нещо, наречено "контролен Хамилтониан" — по същество грижливо проектирана последователност от полета и импулси, които могат да анулират, засилят или дори прескочат ефектите на измерванията. Резултатът? Квантови траектории, съответстващи на разтеглени, размазани или наистина обърнати стрели на времето.

Влиза Максуеловият демон

Тук става наистина интересно.

Максуел си представял хипотетичен "демон", който сортира горещи и студени частици в кутия, сякаш намалявайки ентропията и нарушавайки втория закон на термодинамиката. Разбира се, по-късно учените разбрали, че законът е спасен — "цената" на обработката на информация от демона балансира всичко.

Но екипът от Лос Аламос създаде квантова версия на този демон. Тяхната система използва информация за квантово състояние, за да произведе подобно поведение, намаляващо ентропията — ефективно обръщайки естествената стрела на времето за участващите частици.

Тук става практично: енергия от измервания

И сега идва частта, която наистина ми запали въображението.

Изследователите показаха, че могат да извлекат полезна енергия директно от квантови измервания. Само като наблюдават квантови частици, могат потенциално да съберат енергия. Тяхната измервателна машина може да превърне смущението от наблюдението на квантова система в полезна работа.

В тяхната рамка квантовите измервания не са пасивни наблюдения — те са термодинамичен ресурс, който може да се използва. Енергия, която потенциално можем да съхраняваме в нещо, наречено "квантова батерия".

Какво означава това за нас?

Няма да те лъжа — това няма директни приложения в ежедневието ти. Говорим за свръхпроводящи кубити и изключително прецизен лабораторен контрол. Но последиците са наистина вълнуващи.

По-доброто квантово състояние на системите може да означава по-стабилни кубити за квантови компютри. Извличането на енергия от квантови системи може да отвори съвсем нови фронтове в термодинамиката. И фундаментално — разбирането на стрелата на времето на това ниво може да ни помогне най-накрая да свържем квантовата физика с общата относителност — един от най-големите нерешени проблеми във физиката.

Екипът планира експериментално да демонстрира тези техники със свръхпроводящи кубити, които вече са популярни в квантовите изчисления. Очаквай да чуеш повече за това в следващите години.

Моето мнение

Ще бъда честен: когато прочетох това за първи път, реакцията ми беше "яко, но какво всъщност означава?" След като се рових в изследванията, съм все още малко замаян, но по най-добрия възможен начин.

Има нещо дълбоко смирено в това да гледаш учени да манипулират нещо толкова фундаментално като посоката на времето. От векове се опитваме да разберем времето, а сега изследователите спокойно пренастройват неговата стрела, сякаш нагласят телескоп.

Дали това ще доведе до квантови батерии, които се зареждат сами, компютри, които мислят по начини, които не можем да проумеем, или просто по-дълбоко разбиране на странните правила на реалността — аз съм "за". Физиката продължава да ни напомня, че реалността е много по-странна и гъвкава, отколкото нашата ежедневна интуиция предполага.

Може би времето не е такава непреклонна река, каквато винаги сме си я представяли. Може би е по-скоро книжка "избери своето приключение" — и ние едва започваме да учим кое пътешествие е възможно.