Модель машины времени показала отсутствие парадоксов

Учёные на опыте обосновали непротиворечивость перемещений в прошлое. Эксперимент с частицами был обставлен так, что в плане возникновения возможных противоречий ситуация была полностью идентична путешествию во времени. Оказалось, природа способна обороняться от попыток переписать историю.

Профессор Сет Ллойд (Seth Lloyd) из Массачусетского технологического института и его коллеги из США, Италии, Японии и Канады опубликовали статью в Physical Review Letters. Данный труд явился развитием прошлогодней работы, о которой мы рассказывали детально.

Вкратце напомним: Ллойд со товарищи при помощи квантовой механики показали, как природа может защищаться от парадоксов, возникающих при путешествиях во времени. Это так называемый «парадокс дедушки» (grandfather paradox) или идентичный парадокс «убийства самого себя в прошлом» (autoinfanticide).

Если последнее произойдёт, некому позже будет отправиться в прошлое, чтобы совершить это убийство, и потому оно не случится, но тогда путешественник выживет и отправится в прошлое, чтобы попытаться убить себя...

Не так уж важно, что в исследовании Ллойда речь всё время идёт о квантовых частицах (а именно фотонах): учёным интересно рассмотреть сами принципы удивительных перемещений. А уж затем выводы и найденные закономерности можно попробовать перенести на классические объекты.

Итак, в своей новой статье Сет рассказывает, как в опыте с частицами воспроизвести машину времени и притом благополучно миновать возникновение «парадокса дедушки».

Для начала он рассматривает замкнутую времениподобную кривую (closed timelike curve — CTC) в качестве канала для квантовой телепортации.

CTC — это мировая линия частицы в пространстве-времени, которая возвращает её к исходной точке. А квантовую телепортацию Ллойд и его коллеги скорректировали так, чтобы состояние частицы передавалось не в пространстве, а назад во времени.

Представьте: вам нужно передать неизвестное квантовое состояние |ψ> между двумя сторонами (Алиса
и Боб), используя пару запутанных частиц, переправку классической информации, и унитарное преобразование на стороне Боба.

Любопытно, рассуждают авторы работы, что если измерение Алисы (над частицей |ψ> и половинкой от пары квантово сцепленных частиц) даёт тот же результат, какой был бы получен, вздумай мы определить начальное состояние (запутанной пары), Бобу не нужно выполнять какие-либо преобразования, чтобы получить состояние Алисы |ψ>.

Выходит, в некотором смысле, что Боб обладает частицей с неизвестным (телепортируемым) состоянием ещё до того, как Алиса проводит телепортацию. Причинность при этом не нарушается, поскольку Боб не может предсказать результат измерения Алисы, тот ведь случаен.

Если из массы результатов такого повторяющегося опыта можно было бы выбирать только описанные выше случаи, такая квантовая телепортация позволила бы информации распространяться в обратном направлении по постселективной времениподобной линии (Р-CTC). Можно ведь с некой условностью сказать, что частица Боба из запутанной пары — это есть сама частица |ψ>, вернувшаяся назад во времени.

Приведённые выше рассуждения приоткрывают теоретическую возможность путешествия в прошлое хотя бы частиц. На этой логической базе можно поставить интересующий нас эксперимент, который мы опишем, опуская детали и с некоторыми упрощениями.

Роль путешественника играет фотон, представляющий кубит. До измерения он обладает неким неизвестным квантовым состоянием, а после измерения оказывается с одним из возможных значений поляризации (1 и 0). Причём единичка условно означает, что наш незадачливый путешественник жив, а ноль — мёртв.

Пистолет путешественника — это квантовый вентиль, устройство, влияющее на состояние фотона (то есть обращающее состояние кубита, превращающее 1 в 0).

На рисунке выше показано путешествие в прошлое (замкнутый овал) в терминах квантовой механики (t – стрела времени). σx – это пистолет, убивающий частицу (элемент оптической схемы меняющий состояние кубита). Точки и крестики на линиях – два момента мониторинга бита-путешественника (до и после пистолета) при помощи вентилей CNOT и проверочных (пробных) кубитов.

Для сохранения согласованности частица, вступающая в петлю как 0 (мёртвая), должна выйти из неё как 1 (живая), чтобы выстрелить сама в себя. И наоборот, входящий в петлю живой путешественник (1) должен выйти из петли как 0 (чтобы не стрелять и оставить себя в живых).

В любом случае, реализация выстрела, возникновение парадокса (одна и та же частица – ни жива, ни мертва), для проверочных битов (изначально «нулевых») означает, что их найдут в противоположных состояниях (01 или 10).

В версии квантовой машины времени по Ллойду стрелок путешествует в прошлое, но пистолет не срабатывает. А потому обе измеренные контрольные частицы должны обладать одним значением: 1 и 1, либо 0 и 0. Убить самого себя (или дедушку) путешественнику в прошлое не удаётся.

«В реальном мире операция σx не идеальна», — пишут авторы работы. Для усиления этого эффекта пистолет (на деле — один из элементов оптической схемы) сделали вращающимся на угол от 0 (фотон-путешественник промахивается) до 180 градусов (точное попадание).

Было приготовлено два квантово сцепленных однофотонных кубита (представляющих путешественника, идущего вперёд и назад вдоль стрелы времени).

Состояние путешественника измерялось пробными кубитами в целой серии опытов, в которых учёные ещё и вращали «квантовый пистолет» (меняя вероятность точного выстрела). И получился интересный результат.

"«Обратный» кубит может телепортироваться через квантовый канал Р-CTC только если петля завершается проецированием пары в то же состояние. — объясняет PhysOrg.com. — Результаты эксперимента показали, что состояния кубитов почти всегда были равны, демонстрируя, что кубит не может убить своё прошлое «я»".

На рисунке выше по вертикали отмерена вероятность того, что путешествие во времени успешно прошло и при этом пробные кубиты находятся в одном и том же состоянии (00 либо 11, красные круги), что говорит об осечке пистолета, или в противоположном состоянии (01 или 10, синие ромбики, выстрел был убийственен).

По мере того, как точность настройки пистолета увеличивается (по горизонтали, градусы от нуля до 180), вероятность телепортации уменьшается.

Вероятность же того, что пара пробных кубитов найдена в состоянии 10 или 01 составляет в районе 0,01. Это свидетельствует о том, что фотоны никогда не добьются успеха в путешествии назад во времени с убийством самих себя. Сплошные кривые соответствуют теоретическим предсказаниям. Отклонение от них объясняется несовершенством аппаратуры.

Учёные пока не могут проверить – подчиняются ли фактические CTC в природе данной теории. Для дальнейшего изучения этого вопроса физики во главе с Ллойдом намерены поставить опыт, который моделировал бы парадокс о недоказанной теореме.

В ней человек читает доказательство некой теоремы в учебнике, потом отправляется в прошлое и показывает доказательство математику, написавшему этот учебник.

Математик включает доказательство в книгу, которую в будущем прочтёт путешественник во времени. Вопрос – откуда взялось доказательство? По Ллойду всё дело в том, что сама петля времени (в которой роль путешественника и математика исполняют опять фотоны) выглядит, как показано на рисунке ниже.

Фотон-путешественник, вступающий в петлю, забирает информацию из будущего через верхний вентиль CNOT, отвозит её в прошлое и передаёт её (через нижний CNOT) другой частице, у которой позже опять и заберёт. Бит, означающий «доказательство теоремы», тут максимально запутан с тем, что пробежался по петле.

И это означает, что данный кубит имеет смешанное значение, а вся схема не выказывает никакой предрасположенности к какому-то одному доказательству (применительно к фотонам – к одному квантовому состоянию), но несёт в себе смесь всех возможных доказательств.

О том, как эти построения можно перенести на более сложные случаи путешествий во времени, можно ещё рассуждать. Главное, что природа, похоже, не видит в путешествиях в прошлое ничего парадоксального. В рамках квантовой механики во всяком случае.

Источник: membrana.ru

Комментарии пользователей:
Написал: Ивентьев Сергей Иванович,
2011-03-08 в 16:31
-3
ДЕКЛАРАЦИЯ
БОЖЕСТВЕННЫХ И ДУХОВНО-НРАВСТВЕННЫХ ПРАВ И СВОБОД ЧЕЛОВЕКА

Учитывая, что человек трёхсоставен (Душа, Дух и Тело) и является частичкой Бога, человечеству принадлежат нематериальные и материальные блага, в связи с открытием Божественных и духовно-нравственных прав и свобод человека, утверждая Любовь как высшую общечеловеческую ценность и Божественные и духовно-нравственные права и свободы человека, Мы, жители Земли, принимаем настоящую Декларацию.

Статья 17

Настоящая Декларация принята людьми, которые согласны с нею полностью и поддерживают её, а также не выразили своих каких-либо возражений.
Настоящая Декларация открыта каждому для её принятия.

Совершено в России,
город Казань
23 ноября 2010 года

ответить ›

Написал: Алексей,
2011-03-12 в 20:15
+1
Ну вот уже ближе к Матрице и 13 - ому этажу.
ответить ›

Написал: никита маинкрафт,
2011-10-10 в 20:57
+1
да уж не фигня это
ответить ›


А Вы что думаете?

Вы можете оставлять комментарии анонимно, или войти на сайт через open ID и использовать любой из ваших существующих аккаунтов (Mail.ru, Вконтакте и т.д.).
Ваше имя:
Контрольное число:
Отправка..
Комментарий:
Другие новости раздела:
На Камчатке нашли машину возрастом 400 миллионов лет | Конец света в новостях
Петербургские археологи нашли на Камчатке окаменелости, оказавшиеся деталями механизма. Обращает на себя внимание возраст находки - найденным деталям около 400 миллионов лет.По словам археолога Юрия Голубева, изначально детали машины нашли туристы в 230 километрах от села Тигиль. «Мы ..
2012-08-27
5298
2
Средиземное море образовалось всего за два года | Конец света в новостях
Выяснилась подробная картина катастрофического потопа, который заполнил бассейн Средиземного моря более 5 миллионов лет назад.Тогда воды Атлантического океана прорвались на изолированную долину бассейна, в который превратилось высохшее море.Исследования показывают, что пролив, ныне известный под названием Гибралтарского, ..
2009-12-10
8122
1
Google показала изменения на Земле за последние 40 лет | Конец света в новостях
Google объединила все картинки поверхности Земли, заснятые спутниками НАСА Landsat за последние 40 лет, в видеоклипы, наглядно показывающие изменения, произошедшие с ландшафтами планеты. Чтобы отметить сорокалетие работы спутников дистанционного зондирования Земли Landsat. Google запустила проект Google ..
2012-07-26
11153
1
Гавайям пообещали двойной удар от японского цунами | Конец света в новостях
В ближайшем будущем по Гавайским островам дважды ударит поток, несущий грязь и обломки, оставшиеся после прохождения цунами по Японии. Такой вывод сделали ученые из международного тихоокеанского исследовательского центра при университете штата Гавайи, которые смоделировали движение этого ..
2011-04-9
3117
0
Разгадана очередная тайна Вселенной | Конец света в новостях
В 2010 году специалистами NASA были обнаружены четыре звезды, по сравнению с которыми все остальные звезды окажутся недоростками. Они в минимум 300 раз больше нашего Солнца и два раза превосходят предел, который, как ранее полагали ученые, не могла преодолеть ни одна звезда. Теперь же ученые ..
2012-08-11
3048
0
Астрономы выяснили, как образовались спутники Марса | Конец света в новостях
Спутники Марса — Фобос и Деймос, миллионы лет назад были частью Красной планеты. К такому выводу пришла группа планетологов из США и Японии, которые считают, что образовались спутники Марса в результате его столкновения с более массивным спутником планеты несколько сотен ..
2015-05-21
1351
На Солнце произошла неожиданная магнитная буря | Конец света в новостях
Новая магнитная буря началась несколько часов назад. Пик геомагнитного возмущения наблюдался с 3 до 6 утра по киевскому времени 12 апреля. Индекс Kp в это время достиг уровня 6, что соответствует магнитной буре силы G2 (второй уровень по 5 бальной шкале). Магнитное поле Земли находилось ..
2010-04-13
7540
1
Возникновению жизни на Земле способствовала высокая температура | Конец света в новостях
Продолжаются споры о том, где зародилась жизнь — в горячей или холодной среде и достаточно ли ей было отпущено времени, чтобы достичь нынешнего состояния.Новое исследование влияния температуры на крайне медленные химические реакции, проведённое Университетом Северной Каролины в Чапел-Хилле (США), ..
2010-12-7
4968
2
Ученые предложили начать поиски внеземного искусственного разума | Конец света в новостях
Один из ведущих астрономов программы Seti заявил, что поиск внеземных цивилизаций должен принимать во внимание версию существования «разумных машин».Программа по поиску внеземного разума, известная под аббревиатурой Seti, до сих пор рассчитывала получить сигнал от биологических существ с планеты, похожей на Землю.Работающий ..
2010-08-23
4293
5
Ученые выявили  причину парникового эффекта | Конец света в новостях
Водяной пар и облака несут главную ответственность за парниковый эффект, но новая климатическая модель показывает, что температура планеты в конечном счете зависит от атмосферного углекислого газа.Эндрю Лацис и его коллеги из Института космических исследований им. Годдарда (США) постарались уточнить роль, которую ..
2010-10-17
4696
0
Темная материя повлияла на образование галактик | Конец света в новостях
Темная материя играет большую роль при образовании галактик. Как передает портал «ЕвроСМИ», к такому выводу пришли ученые-астрофизики, проведя новые расчеты на суперкомпьютере по моделированию эволюции Вселенной с учетом темной материи. Было выявлено, что она активно участвует при образовании звездных скоплений ..
2010-01-13
5263
1
Астрофизики превратили черные дыры в спирали | Конец света в новостях
Мария Родригес из Института гравитационной физики Макса Планка показала, что черные дыры могут иметь не только сферическую форму. Статья Родригес еще не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.В рамках теории относительности устойчивой может быть ..
2010-03-15
5318
1
Астрономы уточнили продолжительность суток на Сатурне | Конец света в новостях
Планетологи из Израиля установили, что сутки на Сатурне, скорее всего, короче на несколько минут, чем считалось ранее. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Science News. Ученые построили теоретическую модель, использующую ..
2015-03-27
1111
Астрономы уточнили продолжительность суток на Сатурне | Конец света в новостях
Планетологи из Израиля установили, что сутки на Сатурне, скорее всего, короче на несколько минут, чем считалось ранее. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Science News. Ученые построили теоретическую модель, использующую ..
2015-03-27
1539
Мюнхенский университет: конец света уже предсказуем | Конец света в новостях
Апокалипсис, которого так опасается человечество, возможно, будет не таким ужасным, как представлялось прежде. Если Земля столкнется с метеоритом или астероидом, на помощь придут горы и впадины. Предыдущие прогнозы столкновения Земли с метеоритом или астероидом не брали в расчет сложный рельеф нашей планеты, ..
2011-11-8
4245
3