Все мы знаем, что квантовый мир странен, но насколько странно, что будущее может влиять на прошлое?
Неопределенность - это тот факт, что в квантовой механике, независимо от того, как много вы знаете о квантовой частице, вы не можете предсказать ее квантовое состояние, пока не измерите ее. Вместо этого квантовая механика предоставляет статистические вероятности конкретного состояния.
Это лучше всего подытоживает знаменитый кот Шредингера в ящике, который находится в суперпозиции, будучи одновременно живым и мертвым, пока ящик не будет открыт.
Состояние частицы не просто неизвестно, оно действительно неопределенно, пока не будет измерено. Сам акт измерения заставляет частицу или кошку коллапсировать до определенного состояния.
Первый эксперимент
В ходе эксперимента, проведенного в 2015 году в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, группа ученых охладила простую сверхпроводящую схему почти до абсолютного нуля, чтобы она вошла в квантовое пространство. Затем они использовали два нижних энергетических уровня этого кубита - основное состояние и возбужденное состояние - в качестве модели квантовой системы.
Причудливые правила квантовой механики гласят, что между этими двумя состояниями существует бесконечное число квантовых состояний, являющихся суперпозициями или комбинациями основного и возбужденного состояний.
Затем команда провела так называемое «сильное» измерение, которое переводило кубит в одно или другое из двух состояний, но ученые скрыли результат этого измерения от самих себя.
Затем они провели «слабое» или внерезонансное измерение, поместив кубит в коробку и отправив туда несколько микроволновых фотонов, квантовые поля которых взаимодействовали со сверхпроводящей схемой. Когда фотоны покидали коробку, они несли информацию о квантовой системе, но, что особенно важно, они не тревожили кубит.
50-50 предположений против 90-10 предположений
Затем команда попыталась угадать скрытый результат сильного измерения.
Рассчитывая вперед во времени, они использовали уравнение Борна, выражающее вероятность нахождения системы в любом из двух состояний, и их предположения были 50 на 50.
Затем они просчитали назад во времени, перевернув уравнения, и получили то, что они назвали ретроспективным предсказанием, или «ретродиктией». Когда они проанализировали ретродиктии, их предположения оказались точными на 90 процентов при сравнении с результатом сохраненного измерения.
Измеренное квантовое состояние каким-то образом включало в себя информацию как из будущего, так и из прошлого. Это похоже на то, что вы делаете сегодня, чтобы изменить то, что вы делали вчера.
Это не «жуткие действия на расстоянии», как Эйнштейн назвал квантовую запутанность, это жуткие действия во времени, и это имеет огромное значение как для самого времени, так и для причинно-следственной связи.
Одним из этих следствий является то, что в квантовом мире время течет как назад, так и вперед, или что существует временная симметрия.
И это означает, что «стрела времени» на самом деле является двунаправленной стрелой. Руководитель группы Катер Марч сказала: «Непонятно, почему в реальном мире, состоящем из множества частиц, время идет только вперед, а энтропия всегда увеличивается».
Второй эксперимент
В эксперименте, опубликованном 25 мая 2015 года в журнале Nature Physics, ученые из Австралийского национального университета отправили один атом по пути через решетку, образованную лазерными лучами. Это похоже на твердую решетку, используемую в хорошо известном эксперименте с двумя щелями, который демонстрирует двойственную природу света и волны.
В эксперименте Австралийского национального университета, если бы атом вел себя как частица, он двигался бы по прямой линии, но если бы он вел себя как волна, он создавал бы интерференционные полосы.
Затем ученые случайным образом добавили вторую лазерную решетку.
Когда присутствовала вторая решетка, атомы создавали интерференционную картину. Когда его не было, они вели себя как частицы и двигались по одному пути. Однако, была ли добавлена вторая решетка, определялось только послеатома, прошедшего через первую решетку.
В тех случаях, когда добавлялась вторая решетка, атомы вели себя как волны до второй решетки.
Автор исследования Эндрю Траскотт отметил, что «будущее событие заставляет фотон решать свое прошлое».
Третий эксперимент
Якир Ааронов из Тель-Авивского университета в Израиле и его коллеги утверждали, что когда эксперимент «сильно» измеряет состояние квантовых частиц, это измерение влияет на состояния, которые частицы имели во время более раннего «слабого» измерение.
Ааронов впервые предложил это 30 лет назад, и это называется «векторный формализм с двумя состояниями» (TSVF).
TSVF рассматривает корреляции между частицами в 4D пространстве-времени, а не в 3D. Коллега Ааронова Авшалом Элицур из Научного института Вейцмана говорит: «В пространстве-времени в целом это непрерывное взаимодействие между прошлыми и будущими событиями».