Timpul este o iluzie, cel puţin într-un model în miniatură al Universului compus din două particule de lumină. Experimentul arată că ceea ce noi percepem ca o trecere a timpului s-ar putea să fie o consecinţă a unei proprietăţi ciudate numită inseparabilitate cuantică (eng. quantum entanglement). Această constatare ar putea ajuta la rezolvarea unei probleme care i-a preocupat de mult timp pe fizicieni şi anume unificarea fizicii moderne.
Fizicienii utilizează două teorii pentru a descrie realitatea, mecanica cuantică pentru lumea mică a particulelor şi relativitatea generală pentru lumea mare a planetelor şi a găurilor negre. Dar cele două teorii nu se pot utiliza împreună: orice încercare de a combina ecuaţiile lor în cadrul unei teorii unificate a generat soluţii aparent lipsite de sens. O încercare de unificare timpurie, din anii 1960, a fost reprezentată de ecuaţia Wheeler-DeWitt, care a reuşit să cuantifice relativitatea generală eliminând timpul.
„Aceasta înseamnă că Universul nu ar trebui să evolueze. Dar, desigur, noi observăm evoluţia sa", spune Marco Genovese din cadrul National Institute of Metrological Research din Torino, Italia.
În anul 1983 teoreticienii Don Page şi William Wootters au sugerat că fenomenul de inseparabilitate cuantică ar putea oferi o soluţie pentru „problema timpului" din ecuaţia Wheeler-DeWitt.
Când două obiecte cuantice sunt inseparabile, măsurarea stării unuia dintre ele modifică starea celuilalt obiect. Matematic, aceasta arată că un ceas inseparabil cuantic cu restul universului pare să ticăie când este privit de un observator din acest univers. Dar din punctul de vedere al unui observator ipotetic care se află în afara universului, totul pare staţionar atunci când acesta priveşte universul.
Fotonul ceas
Pentru prima dată, Genovese şi colegii săi au demonstrat acest efect într-un sistem fizic, chiar dacă acesta este un „univers" care conţine doar doi fotoni. Echipa de cercetători a trimis la început o pereche de fotoni inseparabili în două direcţii diferite. Fotonii se polarizează sau se orientează, în plan orizontal sau vertical, iar planul de polarizare se roteşte atunci când ambii fotoni trec printr-o placă de cuarţ şi câteva detectoare.
Fotonii inseparabili cuantic se află simultan într-o superpoziţie de stări atât în plan orizontal cât şi în plan vertical până când ei sunt observaţi. Cu cât placa de cuarţ este mai groasă, cu atât mai mult creşte timpul necesar ca fotonii să treacă prin ea şi să se producă schimbarea de polarizare, ceea ce reduce probabilitatea ca vreunul dintre fotoni să se afle într-o anume stare de polarizare.
În cadrul unei variante a experimentului, unul dintre fotoni se comportă ca un ceas al cărui ticăit corespunde unei modificări de polarizare care poate alterna între un plan orizontal şi un plan vertical. Din cauza fenomenului de inseparabilitate cuantică, observarea acestui ceas va afecta modul în care se polarizează al doilea foton. Aceasta înseamnă că un observator care citeşte acest ceas va influenţa fotonii din univers şi el devine o parte din el. Observatorul poate apoi să evalueze starea de polarizare a celuilalt foton pe baza probabilităţilor cuantice.
Deoarece fotonii care trec printr-o placă de cuarţ mai groasă vor suferi o modificare a poziţiei planului de polarizare, prin repetarea experimentului cu plăci de diferite grosimi s-a confirmat că polarizarea celui de-al doilea foton variază în funcţie de timp.
Într-un alt mod de desfăşurare a experimentului, persoana care efectuează testul este un „super-observator" care se află în afara universului şi el măsoară starea cuantică a sistemului ca un întreg. Din acest punct de vedere, starea ambilor fotoni consideraţi împreună este întotdeauna aceeaşi, ceea ce reprezintă imaginea unui univers static.
Un univers cuantic?
„Este foarte interesant că aceşti cercetători au realizat un experiment pentru a evidenţia acest efect şi a arăta cum poate el să apară în practică", afirmă Page care în prezent lucrează la University of Alberta din Edmonton, Canada.
Dar nu toată lumea crede că ecuaţia Wheeler-DeWitt reprezintă metoda corectă pentru a realiza unificarea lumii cuantice cu lumea obişnuită, afirmă Lee Smolin din cadrul Perimeter Institute din Waterloo, Ontario, Canada „Ei au verificat în cadrul unui experiment de laborator că mecanica cuantică funcţionează corect", spune el. Dar Smolin susţine că orice descriere corectă a Universului trebuie să includă timpul.
Genovese recunoaşte că rezultatul obţinut nu rezolvă problema unificării fizicii moderne. În schimb, el consideră experimentul un indiciu că ecuaţiile mecanicii cuantice se pot potrivi, în anumite condiţii, cu teoria relativităţii generale, ceea ce oferă o speranţă pentru realizarea unei teorii unificate. Pasul următor va fi trecerea la un nivel superior, dincolo de universul în miniatură pentru a vedea dacă un efect similar la o scară superioară poate să explice ceea ce vedem la nivel cosmic.
„El este o vizualizare a fenomenului, nu reprezintă o dovadă", a declarat Genovese despre experiment. „Ar trebui să ne uităm la Univers pentru asta".
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului entangled-toy-universe-shows-time-may-be-an-illusion, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Cristian-George Podariu
