Фізики звернули час назад

Опубликованно 02.01.2018 00:14

Міжнародній групі фізиків вдалося звернути хід часу для пари взаємопов'язаних частинок. Дослідники довели, що для квантово взаємопов'язаних кубітів (квантових бітів) спонтанно порушується другий закон термодинаміки, згідно з яким в ізольованих системах всі процеси йдуть тільки в напрямі збільшення ентропії. Про це повідомляється в препринте, опублікованому в репозиторії arXiv.org.

Згідно другому закону термодинаміки, час йде тільки в одному напрямку, при якому в макроскопічних системах зростає безлад (ентропія). Наприклад, тепло передається від нагрітих холодним тілам, але ніколи не передається від холодних тіл нагрітим. Односпрямованість пояснюється в рамках статистики, оскільки станів безладу, в яких можуть знаходитися тіла, набагато більше, ніж впорядкованих. Звернення стріли часу, тобто перехід від безладу до порядку, таким чином, набагато менш імовірно.

Проте в квантових системах такий перехід вважається практично здійсненним. Показано, що для системи, що складається з двох взаємопов'язаних (скоррелированных) кубітів, що представляють собою частинки з напівцілим спіном, стріла часу здатна звертатися назад. Вчені з допомогою ядерного магнітного резонансу, при якому ядра атомів поглинають електромагнітну енергію, «нагріли» обидва кубіта до різних температур, змінюючи енергію їх спінів. Після цього фізики експериментально відстежували зміни їх температури і, таким чином, визначили напрям потоку тепла.

В якості кубітів були взяті ядра вуглецю-13 і водню в розчині хлороформу. Розчин поміщали всередину надпровідного магніту, який генерував статичне електромагнітне поле, спрямоване в поздовжньому напрямку. Системою взаємопов'язаних частинок маніпулювали з допомогою поперечних радіочастотних полів. Вчені простежили за процесом передачі енергії між ядрами в масштабі декількох мілісекунд, що набагато менше, ніж час, за який скоррелированость порушується.

Дослідники з'ясували, що в умови, коли частки не взаємопов'язані, стріла часу має звичайне напрямок. Холодний кубіт нагрівався, а гарячий остигав. У тому випадку, коли кубіти були скорельовані, тобто квантово заплутані, тепло спонтанно перетікало в зворотному напрямку. На думку вчених, таке явище має відбуватися і в системах, що складаються з більшої кількості взаємопов'язаних частинок.

Категория: Наука