劍橋模擬時空環路追溯性地改變先前的行為
劍橋大學的研究人員利用量子糾纏模擬了一種類似時光倒流的情景。這樣就可以追溯改變過去的行為,進而改善現在的結果。物理學家已經證明,模擬假想的時間旅行模型可以解決那些用標準物理學似乎無法解決的實驗問題。如果賭徒、投資者和量子實驗學家能夠彎曲時間之箭,他們的優勢就會大大提高,從而取得更好的結果。
劍橋大學的研究人員已經證明,透過操縱糾纏(量子理論的一個特徵,它導致粒子內在地連結在一起),他們可以模擬出如果一個人能夠進行時間倒退會發生什麼。因此,在某些情況下,賭徒、投資者和量子實驗學家可以追溯改變他們過去的行為,改善目前的結果。
儘管科學家之前已經模擬了這種時空環路(如果真的存在的話)的行為模型,但粒子能否進行時間回溯在物理學家中仍是一個有爭議的話題。透過將他們的新理論與量子計量學(利用量子理論進行高靈敏度測量)聯繫起來,劍橋大學的研究小組證明,糾纏可以解決那些看起來不可能解決的問題。這項研究發表在10月12日的《物理評論快報》(Physical Review Letters)雜誌。
日立劍橋實驗室的第一作者戴維-阿維森-舒庫爾(David Arvidsson-Shukur)說:”想像一下,你想給某人寄一份禮物:你需要在第一天寄出,以確保它在第三天到達。然而,你只能在第二天收到那個人的願望清單。因此,在這種遵守時間順序的情況下,你不可能提前知道對方想要什麼禮物,也不可能確保送對禮物。”
“現在想像一下,你可以根據第二天收到的願望清單中的信息,改變第一天發送的禮物。我們的模擬利用量子糾纏操縱來展示您如何追溯性地改變之前的行為,以確保最終結果是您想要的”。
模擬以量子糾纏為基礎,量子糾纏包括量子粒子可以共享的強相關性,而經典粒子–受日常物理學支配的粒子–則不能共享。
量子物理學的特殊性在於,如果兩個粒子之間的距離夠近,可以相互作用,那麼它們即使分離也能保持聯繫。這就是量子計算的基礎–利用相互連結的粒子來執行對經典電腦來說過於複雜的計算。
美國國家標準與技術研究院(NIST)和馬裡蘭大學的研究員尼科爾-雲格-哈爾彭(Nicole Yunger Halpern)說:”在我們的設計中,實驗人員將兩個粒子纏結在一起。第一個粒子隨後被送去用於實驗。獲得新資訊後,實驗者操縱第二個粒子,有效改變第一個粒子過去的狀態,從而改變實驗結果。”
阿維森-舒庫爾說:「這種效果非常顯著,但四次中只有一次發生!換句話說,模擬失敗的幾率為75%。但好消息是,你知道自己是否失敗了。如果我們繼續用禮物作比喻,那麼四次中會有一次是想要的禮物(比如一條褲子),另一次是一條褲子,但尺寸不對,或者顏色不對,或者是一件夾克。”
為了使他們的模型與技術相關,理論家們將其與量子計量學聯繫起來。在常見的量子計量實驗中,光子–小的光粒子–被照射到感興趣的樣品上,然後用一種特殊的相機進行記錄。如果要讓實驗有效,光子在到達樣品之前必須以某種方式做好準備。研究人員已經證明,即使他們在光子到達樣本後才學會如何以最佳方式準備光子,他們也可以利用模擬時間旅行來追溯改變原始光子。
為了抵消高失敗幾率,理論家建議發送大量糾纏光子,因為他們知道有些光子最終會攜帶正確的最新資訊。然後,他們將使用濾波器來確保正確的光子通過相機,而濾波器將拒絕其餘的’壞’光子。
共同作者艾丹-麥康奈爾(Aidan McConnell)在劍橋卡文迪什實驗室攻讀碩士學位期間開展了這項研究,他現在是蘇黎世聯邦理工學院的博士生。”假設寄送禮物的成本很低,我們可以在第一天寄出許多包裹。第二天,我們就知道應該送哪件禮物了。當包裹在第三天到達時,每四份禮物中就有一份是正確的,我們透過告訴收件人哪些快遞應該扔掉來選擇這些禮物。”
阿維森-舒庫爾說:”我們的實驗需要使用過濾器才能成功,這一點其實很讓人放心。如果我們的時空旅行模擬每次都能成功,這個世界就會變得非常奇怪。相對論和所有我們賴以理解宇宙的理論都將不復存在。我們提出的不是時間旅行機器,而是深入研究量子力學的基本原理。這些模擬並不能讓你回到過去並改變你的過去,但卻能讓你透過解決昨天的問題來創造更美好的明天。”