Σπουδαίο επίτευγμα: Επιστήμονες κατάφεραν να γυρίσουν πίσω στο χρόνο σωματίδιο

Στον κόσμο της κβαντικής φυσικής, οι κανόνες που καθορίζουν την πραγματικότητα συχνά αψηφούν όσα θεωρούσαμε δεδομένα. Σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε δύο μέρη ταυτόχρονα, ενώ μια ενέργεια σε ένα σωματίδιο μπορεί να επηρεάσει ακαριαία ένα άλλο, ακόμη και σε τεράστιες αποστάσεις. Η τηλεμεταφορά δεν είναι πια επιστημονική φαντασία – είναι μέρος του τρόπου που λειτουργεί το σύμπαν σε επίπεδο μικρότερο από ό,τι μπορούμε να φανταστούμε. Τώρα, οι επιστήμονες έχουν προσθέσει κάτι ακόμη πιο εξωπραγματικό: την κβαντική χρονομηχανή.

Δεν πρόκειται για μηχανές του χρόνου όπως στις ταινίες. Είναι μια πραγματική καινοτομία στον έλεγχο του χρόνου μέσα σε κβαντικά συστήματα – σωματίδια τόσο μικρά που η κανονική φυσική χάνει τη σημασία της. Μια ομάδα επιστημόνων από την Αυστρία έδειξε ότι μπορεί κανείς να επιταχύνει, να επιβραδύνει ή ακόμη και να αντιστρέψει τη «γήρανση» αυτών των σωματιδίων, ουσιαστικά γυρίζοντας τον χρόνο πίσω για αυτά.

Ο κβαντικός διακόπτης που αλλάζει τα πάντα

Στο επίκεντρο της ανακάλυψης βρίσκεται μια συσκευή γνωστή ως κβαντικός διακόπτης, που λειτουργεί σαν τηλεχειριστήριο για τα σωματίδια φωτός. Αν η παραδοσιακή φυσική εξελίσσεται όπως μια ταινία στον κινηματογράφο, τα κβαντικά συστήματα μοιάζουν με μια ταινία που βλέπετε στο σπίτι, όπου μπορείτε να προχωρήσετε γρήγορα, να γυρίσετε πίσω ή να παραλείψετε σκηνές.

Ο Miguel Navascués από την Αυστριακή Ακαδημία Επιστημών εξηγεί: «Μπορούμε να γυρίσουμε πίσω σε μια προηγούμενη σκηνή ή να προχωρήσουμε πολλά επεισόδια μπροστά». Μαζί με τον Philip Walther από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης, η ομάδα χρησιμοποίησε φωτόνια για να δοκιμάσει την ιδέα τους. Χρησιμοποιώντας κρυστάλλους και το σύστημα του κβαντικού διακόπτη, κατάφεραν να στείλουν ένα φωτόνιο σε ένα ταξίδι και να το επαναφέρουν στην αρχική του κατάσταση πριν ξεκινήσει το πείραμα.

Αντίστροφη κίνηση χωρίς γνώση των γεγονότων

Η μέθοδος αυτή, γνωστή ως «rewind protocol», επιτρέπει σε οποιοδήποτε κβαντικό σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο ή ένα φωτόνιο, να επιστρέψει σε προηγούμενη κατάσταση ακόμα και αν ο επιστήμονας δεν γνωρίζει ποια ήταν αυτή ή πώς προέκυψε. Ο David Trillo, μέλος της αυστριακής ομάδας, επιβεβαίωσε ότι η διαδικασία λειτουργεί τόσο στη θεωρία όσο και στο εργαστήριο.

«Ήταν ένα από τα πιο δύσκολα πειράματα που έχουμε κάνει για ένα μόνο φωτόνιο», λέει ο Walther, «αλλά το αποτέλεσμα ήταν καθαρό: το φωτόνιο επανήλθε στην αρχική του κατάσταση, σαν να πατάς rewind σε ένα βίντεο χωρίς να το έχεις παρακολουθήσει».

Επιτάχυνση χρόνου και νέες δυνατότητες

Η ομάδα δεν σταμάτησε μόνο στο rewind. Ανακάλυψε ότι μπορεί κανείς να επιταχύνει τον χρόνο ενός συστήματος. Ο Navascués εξηγεί: «Για να κάνεις ένα σύστημα να «γεράσει» δέκα χρόνια μέσα σε ένα, πρέπει να πάρεις τον υπόλοιπο χρόνο από κάπου αλλού». Σε ένα πείραμα, χρησιμοποίησαν δέκα πανομοιότυπα συστήματα και «μεταβίβασαν» τη γήρανση από τα πρώτα εννέα στο δέκατο, επιτρέποντας στο τελευταίο να «γεράσει» δέκα χρόνια σε μόλις ένα.

Ο στόχος δεν είναι η χρονομηχανή για ανθρώπους – οι πληροφορίες στο σώμα μας είναι τεράστιες και θα χρειαζόταν εκατομμύρια χρόνια για να γυρίσουμε πίσω ένα δευτερόλεπτο της ζωής μας. Ο σκοπός είναι η βελτίωση των κβαντικών υπολογιστών, όπου τα σφάλματα μπορεί να εμφανιστούν εύκολα. Με τη δυνατότητα rewind, τα συστήματα μπορούν να διορθώνουν λάθη γρήγορα και αποτελεσματικά.

Η επιστήμη του χρόνου και οι τεχνολογικές εφαρμογές

Κανονικά, ο χρόνος κινείται μόνο προς τα εμπρός, ακολουθώντας τον «βέλος του χρόνου» που περιέγραψε ο Arthur Eddington και συνδέεται με τη δεύτερη αρχή της θερμοδυναμικής. Στη μικροσκοπική κλίμακα όμως, οι κανόνες αλλάζουν. Η νέα μέθοδος επιτρέπει την αντιστροφή του χρόνου σε ένα κβαντικό σύστημα χωρίς γνώση της προηγούμενης κατάστασης, κάτι που ήταν ανέφικτο με προηγούμενες τεχνικές.

Χρησιμοποιώντας τα σωματίδια φωτός, ειδικές πλάκες και γρήγορους οπτικούς διακόπτες, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα πείραμα όπου η «κίνηση του χρόνου» συνδυαζόταν από διαφορετικά χρονικά μονοπάτια, οδηγώντας τα σωματίδια πίσω στην αρχική τους κατάσταση με ακρίβεια άνω του 95%.

Το κοντινότερο που έχουμε στη χρονομηχανή

Οι επιστήμονες παραμένουν ρεαλιστές: η εφαρμογή σε ανθρώπους είναι πρακτικά αδύνατη. «Αν μπορούσαμε να κλείσουμε έναν άνθρωπο σε ένα κουτί χωρίς εξωτερικές επιδράσεις, θα ήταν θεωρητικά δυνατό», λέει ο Navascués, «αλλά με τα σημερινά πρωτόκολλα, η πιθανότητα επιτυχίας θα ήταν εξαιρετικά χαμηλή».

Παρά ταύτα, πρόκειται για το πιο κοντινό που έχει φτάσει η φυσική στο να «γυρίσει τον χρόνο πίσω», ανοίγοντας νέους δρόμους για τους κβαντικούς υπολογιστές, την έρευνα της κβαντικής φυσικής και τη βαθύτερη κατανόηση του χρόνου.