Ο χρόνος πάει μόνο μπροστά. Ακόμα και στον κβαντικό κόσμο

Ο χρόνος κυλά στην καθημερινή μας ζωή σύμφωνα με το Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής.

Στο πέρασμά του όλα τα συστήματα χάνουν συνεχώς την τάξη τους ή αυξάνουν σε εντροπία. Μια τέτοια διαδικασία είναι μη αντιστρεπτή και γι' αυτό και δεν μπορούμε να γυρίσουμε τον χρόνο πίσω.

Όμως, οι θεωρητικοί φυσικοί υποστήριζαν ότι σε κβαντικό επίπεδο ο χρόνος πάει και προς τις δύο κατευθύνσεις.

Είχαν αναπτύξει αυτή τη θεωρία γιατί όταν κάποιος ασχολείται με πολύ πολύ μικρά σωματίδια, οι νόμοι της Φυσικής είναι αντιστρεπτοί και συμμετρικοί ως προς το χρόνο, όπως συμβαίνει για παράδειγμα στην εξίσωση του Schrödinger. Και σε αυτές τις διαδικασίες το πριν και το μετά είναι τόσο δυσδιάκριτα, σαν να συνυπάρχουν.

Το πείραμα που απέδειξε τη φύση του χρόνου

Πρόσφατα, μια ομάδα θεωρητικών φυσικών του Federal University of ABC στη Βραζιλία, έκανε ένα πείραμα που αποδεικνύει ότι οι παραπάνω θεωρίες που υπήρχαν ως τώρα για το χρόνο σε κβαντικό επίπεδο δεν ισχύουν και ότι οι θερμοδυναμικές διαδικασίες παραμένουν μη αντιστρεπτές ακόμη και σε τόσο μικροσκοπικό επίπεδο.

Χωρίς, όμως, να μπορούν ακόμη να καταλάβουν πώς καθορίζεται η παράμετρος του χρόνου.

Πώς γίνεται λοιπόν ένα τέτοιο πείραμα;
Πώς δοκιμάζουν οι επιστήμονες τους νόμους της θερμοδυναμικής σε κβαντικό επίπεδο;

Αυτό που χρειάζεται να κάνουν είναι να δημιουργήσουν ένα απομονωμένο κβαντικό σύστημα και να παρατηρήσουν τις φυσικές διαδικασίες να αντιστρέφονται.

Ναι καλά καταλάβατε, δεν είναι τόσο απλό όσο ακούγεται. Ωστόσο αυτή είναι η βασική ιδέα.

Για το συγκεκριμένο πείραμα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν άτομα Άνθρακα-13, διαλυμένα σε υγρό χλωροφόρμιο, και άλλαξαν το πυρηνικό τους σπιν εφαρμόζοντας ταλαντευόμενο μαγνητικό πεδίο. Στη συνέχεια, για να αντιστρέψουν και πάλι το σπιν τους, εφάρμοσαν έναν μαγνητικό παλμό.

Αν η διαδικασία αυτή ήταν αντιστρεπτή, τα σπιν θα επέστρεφαν στην αρχική κατάσταση, όμως κάτι τέτοιο δε συνέβη.

Αυτό που συνέβη ήταν ότι η εναλλαγή των μαγνητικών παλμών γινόταν τόσο γρήγορα που κάποιες φορές τα ατομικά σπιν δεν μπορούσαν να ακολουθήσουν, κάνοντας το απομονωμένο σύστημα να βγει εκτός ισορροπίας.

Μετά το τέλος τους πειράματος η εντροπία του συστήματος είχε αυξηθεί και έτσι επιβεβαιώθηκε ότι ο χρόνος είναι μονόδρομος ακόμη και για τα σωματίδια.

Εκεί που θα εστιάσουν τώρα οι φυσικοί είναι να βρουν τι είναι αυτό που εμποδίζει τα κβαντικά συστήματα να είναι αντιστρεπτά.

 

Ο λόγος που θέλουμε να κατανοήσουμε τα κβαντικά συστήματα είναι για να προχωρήσουμε την ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών και συσκευών, που θα μπορούν να εκμεταλλευτούν τους νόμους της κβαντικής μηχανικής ώστε η απόδοσή τους να ξεπερνά την απόδοση των κλασσικών ηλεκτρικών συσκευών.

Όσο για το χρόνο, ας το πάρουμε απόφαση. Δεν μπορούμε να τον γυρίσουμε πίσω... Ότι έγινε, έγινε!

 

--

Πηγή:

η εικόνα ανήκει στο: alifechangingjourney.com

Batalhao, T. B., Souza, A. M., Sarthour, R. S., Oliveira, I. S., Paternostro, M., Lutz, E., & Serra, R. M. (2015). Irreversibility and the arrow of time in a quenched quantum system. arXiv preprint arXiv:1502.06704.