Sie haben wahrscheinlich von Schrödingers Katze gehört, der unglücklichen Katze in einer Kiste, die gleichzeitig lebt und tot ist, bis die Kiste geöffnet wird, um ihren tatsächlichen Zustand zu enthüllen. Nun, denken Sie an Schrödingers Zeit, eine Situation, in der ein Ereignis gleichzeitig Ursache und Wirkung eines anderen Ereignisses sein kann.
Ein solches Szenario kann in jeder Theorie der Quantengravitation unvermeidlich sein, einem noch immer trüben Gebiet der Physik, das versucht, Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie mit der Funktionsweise der Quantenmechanik zu kombinieren. In einem neuen Artikel erstellen Wissenschaftler ein Mashup der beiden, indem sie sich Raumschiffe in der Nähe eines riesigen Planeten vorstellen, dessen Masse die Zeit verlangsamt. Sie schließen daraus, dass sich die Raumschiffe in einem Zustand befinden könnten, in dem die Ursache umgekehrt ist: Ein Ereignis könnte ein anderes Ereignis verursachen, das zuvor stattgefunden hat.
"Man kann sich ein solches Szenario ausdenken, in dem sich zeitliche Ordnung oder Ursache und Wirkung umkehren oder nicht umkehren", sagte der Co-Autor der Studie, Igor Pikovski, Physiker am Zentrum für Quantenwissenschaft und -technik am Stevens Institute of Technology in New Jersey. "Dies ist etwas, von dem wir erwarten, dass es stattfinden wird, sobald wir eine vollständige Theorie der Quantengravitation haben."
Quantenzeit
Das berühmte Schrödingers Katzengedankenexperiment fordert den Betrachter auf, sich eine Schachtel mit einer Katze und einem radioaktiven Partikel vorzustellen, die nach dem Verfall die unglückliche Katze töten wird. Nach dem Prinzip der Quantenüberlagerung ist das Überleben oder der Tod der Katze bis zur Messung gleich wahrscheinlich. Bis zum Öffnen der Kiste ist die Katze gleichzeitig lebendig und tot. In der Quantenmechanik bedeutet Überlagerung, dass ein Teilchen in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren kann, genau wie Schrödingers Katze.
Das neue Gedankenexperiment, das am 21. August in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, kombiniert das Prinzip der Quantenüberlagerung mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass die Masse eines riesigen Objekts die Zeit verlangsamen kann. Dies ist als wahr und messbar bekannt, sagte Pikovski; Ein Astronaut, der die Erde umkreist, wird die Zeit nur einen Katzensprung schneller erleben als sein Zwilling auf dem Planeten. (Dies ist auch der Grund, warum es eine sehr allmähliche Erfahrung wäre, in ein Schwarzes Loch zu fallen.)
Wenn sich ein futuristisches Raumschiff in der Nähe eines massiven Planeten befände, würde seine Besatzung die Zeit etwas langsamer erleben als die Menschen in einem anderen Raumschiff, das weiter entfernt stationiert ist. Wenn Sie nun ein wenig Quantenmechanik einsetzen, können Sie sich eine Situation vorstellen, in der dieser Planet gleichzeitig in der Nähe und weit entfernt von den beiden Raumfahrzeugen überlagert ist.
Die Zeit wird komisch
In diesem überlagerten Szenario von zwei Schiffen, die Zeit auf unterschiedlichen Zeitlinien erleben, können Ursache und Wirkung wackelig werden. Nehmen wir zum Beispiel an, die Schiffe werden gebeten, eine Trainingsmission durchzuführen, bei der sie aufeinander schießen und sich gegenseitig ausweichen, wobei sie genau wissen, wann die Raketen starten und ihre Positionen abfangen werden. Wenn es keinen massiven Planeten in der Nähe gibt, der den Zeitfluss beeinträchtigt, ist dies eine einfache Übung. Wenn andererseits dieser massive Planet vorhanden wäre und der Schiffskapitän die Verlangsamung der Zeit nicht berücksichtigt, könnte die Besatzung zu spät ausweichen und zerstört werden.
Wenn sich der Planet gleichzeitig in der Nähe und in der Ferne überlagert, wäre es unmöglich zu wissen, ob die Schiffe zu spät ausweichen und sich gegenseitig zerstören würden oder ob sie sich zur Seite bewegen und überleben würden. Außerdem könnten Ursache und Wirkung umgekehrt werden, sagte Pikovski. Stellen Sie sich zwei Ereignisse vor, A und B, die kausal zusammenhängen.
"A und B können sich gegenseitig beeinflussen, aber in einem Fall steht A vor B, während in dem anderen Fall B vor A liegt", sagte Pikovski in einem Überlagerungszustand. Das bedeutet, dass sowohl A als auch B gleichzeitig Ursache und Wirkung voneinander sind. Zum Glück für die wahrscheinlich verwirrten Besatzungen dieser imaginären Raumschiffe, sagte Pikovski, hätten sie eine mathematische Möglichkeit, die Übertragungen des anderen zu analysieren, um zu bestätigen, dass sie sich in einem überlagerten Zustand befinden.
Offensichtlich bewegen sich Planeten im wirklichen Leben nicht wohl oder übel in der Galaxie. Aber das Gedankenexperiment könnte praktische Auswirkungen auf das Quantencomputing haben, auch ohne eine ganze Theorie der Quantengravitation auszuarbeiten, sagte Pikovski. Durch die Verwendung von Überlagerungen in Berechnungen könnte ein Quantencomputersystem gleichzeitig einen Prozess als Ursache und als Wirkung bewerten.
"Quantencomputer können dies möglicherweise für effizientere Berechnungen verwenden", sagte er.
