Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zmatení času i kauzality. Do paradoxů Schrödingerovy kočky navíc v nově navrženém myšlenkovém experimentu zapojíme hodiny z obecné teorie relativity. Co může potom vzejít z tohoto spojení relativity s kvantovou fyzikou?
Podle vědců z Stevens Institute of Technology, University of Vienna a University of Queensland může být v superpozici i samotná posloupnost událostí, tj. čas. Nový myšlenkový experiment navíc kombinuje kvantovou fyziku s obecnou relativitou, tj. Einsteinovým popisem gravitace. Složité je zde pak i chápání kauzality.
Na začátku máme hodiny a hmotný objekt nacházející se v superpozici s jiným, „současně daleko a blízko“ od hodin. Do superpozice se tím dostává i čas na hodinách.
Teď si představme, že do systému přidáme lodě, které po sobě střílejí. Kapitáni lodí jsou instruováni, aby v určitý čas vystřelili na druhou loď, v jiný okamžik se střele z ní vyhnuli. Pokud však jedna z lodí vystřelí oproti plánu dříve (nebo druhá uhne později), druhou zničí. Když nyní vedle jedné z lodí umístíme hmotný objekt, zpomalíme zde plynutí času. V důsledku toho loď uhne příliš pozdě a bude zničena. Jenže pokud hmotný objekt bude v superpozici a „současně u jedné i druhé lodi“, dostanou se do superpozice i hodiny na obou lodí. Realita pak bude „promícháním“ obou scénářů, v nichž v každém je zničená jedna z lodí.
Autoři studie navrhují i modifikace experimentu tak, aby ho bylo možné nějak zkusit provést – samozřejmě velmi hmotný (a tedy zřejmě i velký) objekt do stavu kvantové neurčitosti dosud nikdo dostat nedokázal.
Magdalena Zych, Fabio Costa, Igor Pikovski, Časlav Brukner. Bell’s theorem for temporal order. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-11579-x
Zdroj: Stevens Institute of Technology/ScienceDaily.com
Poznámky PH: To, že různí pozorovatelé vidí různé pořadí událostí (třeba kam kdy doletí jaký paprsek), se děje už ve speciální teorii relativity. Nicméně zde stále platí příčina a následek, neexistuje soustava, kde by pozorovatel viděl kauzalitu obráceně. Stejně tak neexistuje soustava, z níž by každý viděl jiný děj, tj. jednou jedna zničená kosmická loď, podruhé druhá.
Nicméně superpozici dvou zásadně odlišných stavů představuje již známá Schrödingerova kočka. Subjektivně mi není úplně jasné, oč tedy vlastně „přidání relativity“ obohacuje původní myšlenkový experiment…?
Možná trochu podobný je myšlenkový experiment s tím, co se děje na horizontu černé díry. Podle pozorovatele zvenčí je kosmická loď na horizontu spálena, kosmonaut v lodi pokračuje dál.
V češtině tento paradox představuje např. Leonard Susskind v knize Válka o černé díry (Paseka 2013), zmiňuje ho rovněž Brian Greene ve Skryté realitě (Paseka 2012).
Vzdálený pozorovatel zaregistruje fotony/záření o velmi nízké teplotě. Provede výpočet, podle něhož musely tyto fotony spotřebovat velké množství energie, aby se dokázaly vymotat z gravitačního pole kolem horizontu. Člověk skákající do černé díry tedy musel cestou narážet na fotony s obrovskou energií, které ho spálily. Vzdálený pozorovatel by teoreticky mohl „přímo vidět“, jak je odvážný experimentátor proměně v popel.
Naopak pozorovatel padající volným pádem do černé díry existenci horizontu vůbec nezaznamená. Z jeho pohledu se nejedná o žádnou speciální hranici. Vstříc mu neletí žádné vysokoenergetické záření, nepozoruje působení síly (pomiňme slapové efekty, ale lze si namodelovat černou díru, kde by je skokan přežil).
Susskind výslovně tvrdí, že problém by nastal až tehdy, kdyby se obě nekompatibilní verze reality podařilo konfrontovat. To ale možné není. Skokan z černé díry pochopitelně uniknout nemůže, nedokáže poslat ven informaci o tom, že žije. A co druhá verze, kdyby vnější pozorovatel skočil se svou „nahrávkou“ za ním? Prý ani tak ho již nemůže dohonit, setkat se nedokáží.
Myslím, že příklad Schrödingerova kočka nelze užít pro takovýto myšlenkový příklad. Spíše bych se přikláněl k teorii paralelních realit. Zde je nutno brát jako fakt dobu přítomnosti jako časové kvantum a k tomu v daném časoprostoru taktéž kvantum prostoru. V každém tomto kvantu se dělí realita na reality další, přičemž kvalita časoprostoru z pohledu kvantity se bude blížit nekonečnu. Proto nám zde v každém okamžiku, který budeme specifikovat jako definovaný okamžik, vzniká množství různých realit. Čím delší časová osa tím více se vzdalujeme od původní reality a tím více realit vzniká. Také se od sebe více liší. I ve speciální teorii relativity lze toto definovat. V obecné teorii relativity již dochází k plastiditě času i prostoru a je možné, že zde dochází i k narušení kauzality, právě z tohoto důvodu.
Při tomto myšlenkovém experimentu nebudeme tedy rozlišovat kočku, zda je mrtvé nebo živá s určitou pravděpodobností, i když se to tak může v různých realitách lišit. Zda je to 50 na 50 je otázkou. Každopádně nelze toto od sebe oddělovat. Každá realita, ta s mrtvou kočkou nebo se živou kočkou, má stejnou platnost. Tyto dvě reality existují paralelně. Jen je otázkou, zda je můžeme vidět současně. Což zřejmě dnes možné není.
Napadá mě ještě jedno řešení experimentu, které souvisí s faktem, že přítomností (tedy „superpřítomností“) hmotného objektu nedochází jen k časové dilataci, ale také k deformaci časoprostoru. Pokud budou tyto dvě změny v korelaci, loď sice uhne později, ale střela (ať už světlo nebo olovo) bude vychýlena.
pardon, komentare se tentokrat nejak nepridavaly automaticky 🙁