space time continuum

მთარგმნელი: გვანცა მოდებაძე

წყარო

ჩვენ ვიცით, რა მიმართულებით უნდა მოძრაობდეს დრო, მაგრამ ფიზიკის მექანიზმებს მისი ამუშავება საპირისპირო მიმართულებითაც ასევე წარმატებით შეუძლიათ. იქნებ ამ ყველაფრის შემდეგ დროის მანქანის არსებობაც შესაძლებელია?

ბოლო ცდები გვიჩვენებენ თუ რა მასშტაბისაა ზღვარი, რომელიც წარსულსა და მომავალს შორის შეიძლება გავავლოთ. შესაძლოა 60-იანი წლები ვერ დავაბრუნოთ, მაგრამ იმის უკეთესად გაგებაში მაინც დაგვეხმარება, თუ რატომ არ შეგვიძლია ამის გაკეთება.

რუსი და ამერიკელი მკვლევარები გაერთიანდნენ რათა დაერღვიათ, ან შეერყიათ მაინც ფიზიკის ერთერთი ფუნდამენტალური პრინციპი ენერგიის შესახებ.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი სამყაროს სახელმძღვანელო პრინციპი უფროა, ვიდრე კანონი. მის მიხედვით, ცხელი საგნები დროთა განმავლობაში ცივდება იმის გამო, რომ ენერგია გარდაიქმნება და იფანტება იმ ადგილიდან, სადაც ის თავმოყრილია.

ამით აიხსნება ის ფაქტი რომ ცივ ოთახში ყავა ცხელი დიდხანს არ რჩება, რომ კვერცხის ათქვეფა უფრო მარტივია, ვიდრე მისი საწყის მდგომარეობაში დაბრუნება, რომ არასოდეს მოგცემენ მუდმივი მოძრაობის მანქანის (perpetual motion machine) დაპატენტების უფლებას.

იმავე ლოგიკით - ჩვენ შეგვიძლია გავიხსენოთ თუ რა მივირთვით წინა საღამოს, მაგრამ არ ვერ ვიხსენებთ რა გქონდა სადილად წინა შობაზე.

„ეს კანონი მჭიდროდაა დაკავშირებული დროის ისრის ცნებასთან, რომელიც ადგენს დროის ცალმხრივ მიმართულებას - წარსულიდან მომავლისაკენ“ - ამბობს მოსკოვის ფიზიკისა და ტექნოლოგიის ინსტიტუტის კვანტური ფიზიკოსი გორდი ლესოვიკი.

პრაქტიკულაად ფიზიკის ნებისმიერი სხვა კანონი შეიძლება უგულებელყო ისე რომ ყველაფერი არ აირიოს. მაგალითად, თუ ბილიარდის თამაშს მოაახლოვებთ და მოძრაობას დროში უკან შეხედავთ, ნებისმიერი ორი ბურთის შეჯახება უცნაურად არ მოგეჩვენებათ, მეორე მხრივ, თუ შეხედავთ ბურთებს, რომლებიც უკან ბრუნდებიან და საწყის პირამიდას ქმნიან, ეს თქვენზე დიდ შთაბეჭდილებას მოახდენს. ასე მუშაობს მეორე კანონი.

ომლეტისა და ბილიარდის მასშტაბზე ჩვენ არ უნდა ველოდოთ თერმოდინამიკის კანონების თვალსაჩინოდ ნახვას, მაგრამ თუ ფოკუსირებას რეალობის პატარა მექანიზმებზე მოვახდენთ, - კენტი ელექტრონები - ლუპჰოლები ჩნდებიან.

ელექტრონები არ ჰგვანან ბილიარდის პაწაწინა ბურთებს. ისინი უფრო მეტად ჰგვანან ინფორმაციას, რომელიც სივრცეს ავსებს. მისი ნაწილები განსაზღვრულია ისეთი რამით, რაც შროდინგერის განტოლებად არის წოდებული. ის წარმოადგენს ელექტრონის მახასიათებლების შესაძლებლობებს, როგორც შანსის ტალღებს.

ცოტა დამაბნეველია. მოდი დავუბრუნდეთ ბილიარდის თამაშს, მაგრამ ამჯერად სინათლე ჩამქრალია. ვიწყებთ შემდეგი ინფორმაციით - ხელში ბურთი გვიჭირავს და ვაგორებთ მაგიდაზე.

შროდინგერის ტოლობა გვეუბნება, რომ ბურთი მდებარეობს სადღაც მაგიდაზე და მიგორავს გარკვეული სიჩქარით. კვანტური გაგებით - ბურთი ყველგანაა, სხვადასხვა სიჩქარით მოძრავი, თუმცა ზოგი ვარიანტი მეტად სავარაუდოა, ვიდრე სხვები.

შეგვიძლია ხელი გავიწოდოთ და მოვძებნოთ ბურთი, ასე დავადგენთ მის ადგილმდებარეობას, მაგრამ ვერ გავარკვევთ, თუ რა სიჩქარით მოძრაობდა. ჩვენ შეგვეძლო თითის ფრთხილად შეხებით დაგვედგინა მისი სიჩქარე, მაგრამ სად წავიდა ის? ვინ იცის...

შეგვეძლო კიდევ ერთი ხრიკი გამოგვეყენებინა - იმავე წამს, როდესაც ბურთი გავაგორეთ, შეგვიძლია სამართლიანად დარწმუნებულნი ვიყოთ რომ ის ისევ ჩვენს ხელთან ახლოსაა და მაღალი სიჩქარით მიგორავს.

შროდინგერის ტოლობა იმავეს წინასწარმეტყველებს კვანტური ნაწილაკებისთვის. დროის გასვლასთან ერთად, ნაწილაკების მდებარეობისა და სიჩქარის შესაძლებლობები და ვარიანტები იზრდება.

„თუმცა, შროდინგერის ტოლობა პირიქითაც მუშაობს“ - ამბობს ამერიკის არგონის ეროვნული ლაბორატორიის მატერიის მეცნიერი - ვალერი ვინოკური.

„მათემატიკურად, ეს ნიშნავს რომ გარკვეული ტრანსფორმაციის ქვეშ, რომელსაც კომპლექსური კონიუტაცია ეწოდება, ტოლობა აღწერს ელექტრონების დაბრუნებას უკან, მცირე სივრცეში, დროის იმავე მონაკვეთში.“

ეს იმას ნიშნავს, რომ ბურთმა, რომელიც მაგიდაზე გავაგორეთ, არ განაგრძოს მოძრაობა მდებარეობათა შესაძლებლობების უსასრული ტალღაში ბნელ მაგიდაზე, არამედ დაბრუნდეს უკან, ჩვენს ხელში.

თეორიულად, არაფერი არ უდგანს წინ იმას, რომ აღნიშნული მოხდეს სპონტანურად. ჩვენ უბრალოდ დაგვჭირდებოდა ერთდროულად თვალყური გვედევნებინა ელექტრონის ზომის 10 მილიონი ბილიარდის მაგიდისათვის ჩვენი სამყაროს არსებობის განმავლობაში და გვენახა, თუ ოდესმე მოხდებდა ეს.

ნაცვლად იმისა, რომ მოთმინებით დალოდებოდნენ ამის ნახვას, მეცნიერთა გუნდმა გამოიყება ნაწილაკების განუსაზღვრელი მდგომარეობა კვანტურ კომპიუტერში, როგორც ბილიარდის მაგიდაზე, და კომპიუტერის რამდენიმე გათვლილი მანიპულაცია როგორც დროის მანქანა.

თითოეული ქუბიტი (კვანტური ბიტი) განლაგებული იყო მარტივად და შეესაბამებოდა ხელს, რომელსაც ბურთი ეჭირა. როგორც კი კომპიუტერი მოქმედებაში მოვიდა, ისინი გაგორდნენ და შექმნეს შესაძლებლობათა სპექტრი.

კომპიუტერის გარკვეული მონაცემების ცვლილებით, ეს შესაძლებლობები შემოიფარგლნენ იმგვარად, რომ ეფექტურად მომხდარიყო შროდინგერის ფორმულის გადახვევა.

ამის შესამოწმებლად, გუნდმა ისევ ჩართო მოწყობილობა მაგიდის ბიძგის ეფექტის გამოყენებით, და დააკვირდა გაფანტული ბურთების მიერ თავდაპირველ პირამიდად დალაგებას. შემთხვევათა 85%-ში, 2 ქუბიტის შემთავევაში ზუსტად ასე მოხდა.

პრაქტიკულ დონეზე, ალგორითმებმა, რომელიც მათ გამოიყენეს შროდინგერის განტოლების სამართავად ამგვარი გადახვევისთვის, შეძლეს გაეუმჯობესებინათ კვანტური კონპიუტერების სიზუსტე.

ეს არ არის პირველი შემთხვევა, როდესაც გუნდმა შეძლო თერმოდინამიკის მეორე კანონის გვარიანად შერყევა. რამდენიმე წლის წინ მათ გაკვანძეს გარკვეული ნაწილაკები და შეძლეს გაეცხელებინათ და გაეცივებინათ ისინი იმგავარდ, რომ ისინი ამოქმედდნენ როგორც მუდმივი მოძრაობის მანქანები.

გზების ძიებას ფიზიკის კანონების დასარღვევად კვანტურ მასშტაბებში, შეუძლია დაგვეხმაროს უკეთესად გავიგოთ, თუ რატომ „მიედინება“ სამყარო ასე.