Czas skutkiem ubocznym splątania kwantowego?

Z mechaniką kwantową jest jeden zasadniczy problem - nie jest ona "kompatybilna" z inną z wielkich teorii XX wieku - ogólną teorią względności Einsteina. A jedną z głównych przeszkód na drodze do połączenia tych teorii jest czas. Problem ten rozwiązało równanie Wheelera-DeWitta, jednak zrodziło ono nową zagadkę - statyczny Wszechświat. Teraz włoscy badacze przynoszą potwierdzone eksperymentalnie rozwiązanie tego problemu.

Problem z obiema teoriami zrodził się gdy fizycy próbowali skwantować grawitację - obliczenia przynosiły wyniki dające nieskończoność, przez co tak naprawdę nic one nie rozwiązywały. Do czasu gdy w latach 60 powstało równanie Wheelera-DeWitta, które przyniosło rozwiązanie nieskończoności z wcześniejszych obliczeń lecz jednocześnie pojawił się nowy, jeszcze poważniejszy problem - funkcje falowe Wszechświata nie zależały w nim od czasu.

Oznaczało to, że Wszechświat był statyczny - a z oczywistych obserwacji wiemy doskonale, że wcale tak nie jest. Próbowano rozwiązać to wykorzystując zjawisko splątania kwantowego polegające na tym, że stan kwantowy całego układu składającego się z dwóch lub więcej cząstek jest lepiej określony niż stan jego części, co oznacza, że cząstki te dzielą ze sobą ten sam stan istnienia mimo, że są fizycznie oddzielone.

Już w 1983 roku Don Page i William Wootters wskazali, że z pomocą splątania można mierzyć upływ czasu - jednak rezultat pomiaru zależy od obserwacji. Jedna metoda pomiaru wymagałaby istnienia zewnętrznego obserwatora (w żaden sposób nie związanego ze Wszechświatem) mierzącego ewolucję splątanych cząstek. Druga - która jest dużo ciekawszym pomysłem - wyjaśniać ma czas w ten sposób, że obserwator wewnątrz Wszechświata widzi ewolucję cząstek w kontekście reszty Wszechświata - zatem czas jest tylko wynikiem splątania kwantowego i istnieje tylko wyłącznie w danym Wszechświecie - zewnętrzny obserwator widzi go jako statyczny i niezmienny - tak jak przewiduje równanie Wheelera-DeWitta.

Była to ciekawa teoria, lecz czekała ona na eksperymentalne potwierdzenie - czego udało się właśnie dokonać włoskim fizykom z Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) w Turynie. Stworzyli oni w laboratorium miniaturowy wszechświat składający się z pary splątanych fotonów, których polaryzacja może ulegać zmianie gdy przekraczają one dwójłomną płytkę.Polaryzacja ta mierzona jest na dwa sposoby: w pierwszym obserwator obserwuje tylko jeden z fotonów - splątując się z nim, a w drugim porównuje ewolucję układu z zewnętrznym zegarem - całkowicie niezależnym od sztucznego wszechświata.

W drugim z przypadków obserwator nie jest w stanie wykryć żadnej różnicy między fotonami jeśli się z nimi nie splącze. A jeśli nie ma żadnej różnicy - oznacza to, że nie ma tam (z jego punktu widzenia) czasu.

Eksperyment ten wskazuje, że ogólna teoria względności wcale nie stoi w sprzeczności z mechaniką kwantową co jest bardzo ważnym krokiem ku teorii wszystkiego.

Źródła: ,