科學家用量子計算機讓“時間倒流”?並沒有真的做到
如果你相信在互聯網上看到的一切,那麼對量子物理學領域而言,過去幾天可謂相當激動人心。縱覽各大媒體的頭條科技新聞,你會感到難以置信。“時間倒流首次在量子計算機上實現”、“科學家利用IBM的量子計算機逆轉時間,可能顛覆物理定律”、“科學家在突破性研究中用量子計算機’逆轉時間’”等新聞標題都十分引人注目,不一而足。
所有這些新聞的源頭都是發表在《科學報告》(Scientific Reports)上的一篇論文,其標題本身就很有煽動性:“時間箭頭及其在量子計算機上的逆轉”。在論文中,作者聲稱進行了一項實驗,為“研究時間逆轉和時間倒流”開闢了一系列研究方向。如果你很難理解,為什麼科學家能完成如此違反直覺的壯舉呢?放心吧,他們並沒有做到。
隨著時間推移,事物的實際狀態與時間倒流時的可能狀態在許多方面都完全不同,其中最明顯的就是熵(一種無序性的衡量指標)的增加。
一些簡單的物理模型在時間上是對稱的。想像一下地球圍繞太陽運轉的理想狀態,當時間正向流動時,地球以順時針方向繞太陽運行;當時間“逆轉”時,地球將以逆時針方向運行。二者看起來都同樣真實。或者想像兩顆台球撞擊的過程,你可以用攝像機記錄下來,然後無論是正放還是倒放,畫面看起來都同樣合理。
然而,現實世界並非如此。隨著時間推移,事物的實際狀態與時間倒流時的可能狀態在許多方面都完全不同,其中最明顯的就是熵(一種無序性的衡量指標)的增加。這既是物理學法則,也是我們的生活常識。
那麼,如果這些科學家沒有實現時間倒流,那他們究竟做了什麼呢?
想像讓一段視頻倒放的過程,這也是在某種程度上使時間倒流了。你可能會看到蒸汽從壺嘴流回茶壺,看到摔碎的瓷片又重新組合成茶杯,看起來就像是“扭轉時間箭頭”的場景。在我們談論的這篇論文中,研究人員就描述了一個量子計算機版本的視頻回放過程。
更接近的類比應該是鏡片,就像望遠鏡、顯微鏡或眼鏡的鏡片。鏡片可以用於聚焦光線,而“逆轉”過程就會使光線分散,失去焦點。來自莫斯科物理技術學院、美國阿貢國家實驗室和瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究作者宣稱,他們的技術可能對測試量子程序很有用處。這是對的。但比起時間機器來,趣味性就少了很多。
正如美國德克薩斯州大學奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·亞倫森(Scott Aaronson)所說:“如果你在計算機上模擬一個時間可逆的過程,那麼通過簡單地改變模擬的方向,你就可以’逆轉時間的方向’。在快速瀏覽這篇論文之後,我承認,如果只是在IBM的量子計算機上進行模擬的話,我實在不明白有什麼更加深遠的意義。”
其他量子計算專家也對此表示贊同。一位不願透露姓名的專家說:“我不知道這有多大用處……這並不意味著他們製造出了某種時間機器。他們顯然沒有違背熱力學定律或其他物理定律。”他還補充道,這種炒作的方式將給量子計算帶來不好的影響。
他是對的。只求抓人眼球的新聞標題不僅僅會給量子計算帶來壞名聲,而且會實實在在地損害整個科學,因為它們讓公眾相信科學已經變得令人眼花繚亂,超出了他們的理解範圍。解釋量子力學中的悖論已經足夠困難了,如果再用聳人聽聞的新聞加以點綴,公眾和真正科學的距離將越來越遠。