Το Quantum Weirdness τώρα είναι θέμα χρόνου

Τον Νοέμβριο, οι οικοδόμοι στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης αντιμετώπισαν μια χρονοκάψουλα 942 χρόνια πολύ νωρίς. Θάφτηκε το 1957 και προοριζόταν για το 2957, η κάψουλα ήταν ένας γυάλινος κύλινδρος γεμάτος με αδρανές αέριο για να διατηρηθεί το περιεχόμενό της. Ήταν δεμένο ακόμη και με άνθρακα-14, έτσι ώστε οι μελλοντικοί ερευνητές να μπορούν να επιβεβαιώσουν το έτος ταφής, τον τρόπο με τον οποίο θα χρονολογούσαν ένα απολίθωμα. Οι διαχειριστές του MIT σχεδιάζουν να το επισκευάσουν, να το σφραγίσουν και να το ξαναθάψουν. Αλλά είναι δυνατόν να είμαστε απολύτως βέβαιοι ότι ένα μήνυμα προς το μέλλον δεν θα διαβαστεί πριν από την ώρα του;

Η κβαντική φυσική προσφέρει έναν τρόπο. Το 2012, ο Τζέι Όλσον και ο Τίμοθι Ραλφ, και οι δύο φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ στην Αυστραλία, καθιέρωσαν μια διαδικασία κρυπτογράφησης δεδομένων έτσι ώστε να μπορούν να αποκρυπτογραφηθούν μόνο σε μια συγκεκριμένη στιγμή στο μέλλον. Το σχέδιό τους εκμεταλλεύεται την κβαντική εμπλοκή, ένα φαινόμενο στο οποίο σωματίδια ή σημεία σε ένα πεδίο, όπως το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, απορρίπτουν τις ξεχωριστές ταυτότητές τους και αποκτούν κοινή ύπαρξη, ενώ οι ιδιότητές τους συσχετίζονται το ένα με το άλλο. Κανονικά οι φυσικοί σκέφτονται αυτούς τους συσχετισμούς ως εκτεινόμενους χώρους, που συνδέουν μακρινές τοποθεσίες σε ένα φαινόμενο που ο Άλμπερτ Αϊνστάιν περιέγραψε περίφημα ως «απόκοσμη δράση σε απόσταση». Αλλά ένας αυξανόμενος όγκος ερευνών διερευνά πώς αυτοί οι συσχετισμοί μπορούν επίσης να καλύπτουν χρόνο. Αυτό που συμβαίνει τώρα μπορεί να συσχετιστεί με αυτό που συμβαίνει αργότερα, με τρόπους που διαφεύγουν μιας απλής μηχανιστικής εξήγησης. Στην πραγματικότητα, μπορείτε να έχετε τρομακτική δράση με καθυστέρηση.

Αυτοί οι συσχετισμοί ανακατεύουν σοβαρά τις διαισθήσεις μας για το χρόνο και τον χώρο. Όχι μόνο μπορούν να συσχετιστούν δύο γεγονότα, συνδέοντας το προηγούμενο με το μεταγενέστερο, αλλά δύο γεγονότα μπορούν να συσχετιστούν έτσι ώστε να είναι αδύνατο να πούμε ποιο είναι προγενέστερο και ποιο μεταγενέστερο. Κάθε ένα από αυτά τα γεγονότα είναι η αιτία του άλλου, σαν το καθένα να ήταν το πρώτο που συνέβη. (Ακόμα και ένας μόνο παρατηρητής μπορεί να συναντήσει αυτήν την αιτιακή ασάφεια, επομένως διαφέρει από τις χρονικές αντιστροφές που μπορούν να συμβούν όταν δύο παρατηρητές κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες, όπως περιγράφεται στην ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.)

Η ιδέα της χρονοκάψουλας είναι μόνο μια απόδειξη της δυνητικής ισχύος αυτών των χρονικών συσχετισμών. Μπορεί επίσης να ενισχύσουν την ταχύτητα των κβαντικών υπολογιστών και να ενισχύσουν την κβαντική κρυπτογραφία.

Αλλά ίσως το πιο σημαντικό, οι ερευνητές ελπίζουν ότι η εργασία θα ανοίξει έναν νέο τρόπο για την ενοποίηση της κβαντικής θεωρίας με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία περιγράφει τη δομή του χωροχρόνου. Ο κόσμος που βιώνουμε στην καθημερινή ζωή, στον οποίο τα γεγονότα συμβαίνουν με μια σειρά που καθορίζεται από τις τοποθεσίες τους στο χώρο και το χρόνο, είναι απλώς ένα υποσύνολο των δυνατοτήτων που επιτρέπει η κβαντική φυσική. «Εάν έχετε χωροχρόνο, έχετε μια καλά καθορισμένη αιτιακή σειρά», είπε ο Časlav Brukner, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης που μελετά τις κβαντικές πληροφορίες. Αλλά "αν δεν έχετε μια καλά καθορισμένη αιτιακή σειρά", είπε - όπως συμβαίνει στα πειράματα που έχει προτείνει - τότε "δεν έχετε χωροχρόνο". Μερικοί φυσικοί το θεωρούν ως απόδειξη για μια βαθιά μη διαισθητική κοσμοθεωρία, στην οποία οι κβαντικές συσχετίσεις είναι πιο θεμελιώδεις από τον χωροχρόνο, και ο ίδιος ο χωροχρόνος δημιουργείται με κάποιο τρόπο από συσχετισμούς μεταξύ γεγονότων, σε αυτό που θα μπορούσε να ονομαστεί κβαντικός σχεσισμός. Το επιχείρημα ενημερώνει την ιδέα των Gottfried Leibniz και Ernst Mach ότι ο χωροχρόνος μπορεί να μην είναι ένα θεόδοτο σκηνικό στον κόσμο, αλλά αντίθετα μπορεί να προέρχεται από το υλικό περιεχόμενο του σύμπαντος.

Πώς λειτουργεί το Time Entanglement

Για να κατανοήσουμε τη διαπλοκή στο χρόνο, βοηθάμε να κατανοήσουμε πρώτα τη διαπλοκή στο χώρο, καθώς τα δύο συνδέονται στενά. Στη χωρική εκδοχή ενός κλασικού πειράματος εμπλοκής, δύο σωματίδια, όπως τα φωτόνια, προετοιμάζονται σε μια κοινή κβαντική κατάσταση και στη συνέχεια στέλνονται να πετούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Ένας παρατηρητής, η Αλίκη, μετρά την πόλωση του ενός φωτονίου και ο σύντροφός της, ο Μπομπ, μετρά το άλλο. Η Αλίκη μπορεί να μετρήσει την πόλωση κατά μήκος του οριζόντιου άξονα, ενώ ο Μπομπ κοιτάζει κατά μήκος μιας διαγώνιας. Ή μπορεί να επιλέξει την κατακόρυφη γωνία και εκείνος να μετρήσει μια λοξή. Οι μεταθέσεις είναι ατελείωτες.

Τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων θα ταιριάζουν και αυτό που είναι περίεργο είναι ότι ταιριάζουν ακόμη και όταν η Αλίκη και ο Μπομπ ποικίλλουν την επιλογή μέτρησης - σαν να ήξερε το σωματίδιο της Αλίκης τι συνέβη με το σωματίδιο του Μπομπ και το αντίστροφο. Αυτό ισχύει ακόμη και όταν τίποτα δεν συνδέει τα σωματίδια — καμία δύναμη, κύμα ή περιστέρι-φορέας. Η συσχέτιση φαίνεται να παραβιάζει την "τοπικότητα", τον κανόνα που δηλώνει ότι τα αποτελέσματα έχουν αιτίες και ότι οι αλυσίδες αιτίας και αποτελέσματος πρέπει να είναι αδιάσπαστες στο χώρο και στο χρόνο.

Στη χρονική περίπτωση, όμως, το μυστήριο είναι πιο λεπτό, περιλαμβάνοντας μόνο ένα μόνο πολωμένο φωτόνιο. Η Αλίκη το μετράει και μετά ο Μπομπ το ξαναμετράει. Η απόσταση στο χώρο αντικαθίσταται από ένα χρονικό διάστημα. Η πιθανότητα να δουν το ίδιο αποτέλεσμα ποικίλλει ανάλογα με τη γωνία μεταξύ των πολωτών. Στην πραγματικότητα, ποικίλλει με τον ίδιο τρόπο όπως και στη χωρική περίπτωση. Σε ένα επίπεδο, αυτό δεν φαίνεται να είναι παράξενο. Φυσικά αυτό που κάνουμε πρώτα επηρεάζει το τι θα συμβεί στη συνέχεια. Φυσικά ένα σωματίδιο μπορεί να επικοινωνήσει με τον μελλοντικό του εαυτό.

Το παράξενο εμφανίζεται σε ένα πείραμα που συνέλαβε ο Robert Spekkens, ένας φυσικός που μελετά τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής στο Perimeter Institute for Theoretical Physics στο Waterloo του Καναδά. Ο Spekkens και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν το πείραμα το 2009. Η Alice προετοιμάζει ένα φωτόνιο με έναν από τους τέσσερις πιθανούς τρόπους. Κλασικά, θα μπορούσαμε να σκεφτούμε αυτούς τους τέσσερις τρόπους ως δύο κομμάτια πληροφοριών. Στη συνέχεια, ο Bob μετρά το σωματίδιο με έναν από τους δύο πιθανούς τρόπους. Εάν επιλέξει να μετρήσει το σωματίδιο με τον πρώτο τρόπο, λαμβάνει την πρώτη πληροφορία της Αλίκης. αν επιλέξει το δεύτερο, αποκτά το δεύτερο bit της. (Τεχνικά, δεν παίρνει κανένα bit με βεβαιότητα, απλώς με υψηλό βαθμό πιθανότητας.) Η προφανής εξήγηση για αυτό το αποτέλεσμα θα ήταν εάν το φωτόνιο αποθηκεύει και τα δύο bit και απελευθερώνει ένα με βάση την επιλογή του Bob. Αλλά αν αυτό συνέβαινε, θα περίμενε κανείς ότι ο Μπομπ θα μπορούσε να λάβει πληροφορίες και για τα δύο bit — για να μετρήσει και τα δύο ή τουλάχιστον κάποια χαρακτηριστικά και των δύο, όπως αν είναι ίδια ή διαφορετικά. Αλλά δεν μπορεί. Κανένα πείραμα, ακόμη και κατ' αρχήν, δεν μπορεί να φτάσει και στα δύο bit - ένας περιορισμός που είναι γνωστός ως δεσμευμένο Holevo. "Τα κβαντικά συστήματα φαίνεται να έχουν περισσότερη μνήμη, αλλά στην πραγματικότητα δεν μπορείτε να έχετε πρόσβαση", δήλωσε ο Costantino Budroni, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Siegen στη Γερμανία.

Το φωτόνιο φαίνεται πραγματικά να κρατά μόνο ένα bit και είναι σαν η επιλογή μέτρησης του Bob να αποφασίζει αναδρομικά ποια είναι. Ίσως αυτό συμβαίνει πραγματικά, αλλά αυτό ισοδυναμεί με ταξίδι στο χρόνο — σε παραδόξως περιορισμένη βάση, που περιλαμβάνει την ικανότητα προσδιορισμού της φύσης του κομματιού, αλλά αρνούμενος οποιαδήποτε ματιά στο μέλλον.

Ένα άλλο παράδειγμα χρονικής εμπλοκής προέρχεται από μια ομάδα με επικεφαλής τον Stephen Brierley, έναν μαθηματικό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Cambridge. Σε ένα άρθρο πέρυσι, ο Brierley και οι συνεργάτες του εξερεύνησαν την παράξενη διασταύρωση της διαπλοκής, της πληροφορίας και του χρόνου. Εάν η Alice και ο Bob επιλέξουν από δύο μόνο προσανατολισμούς πολωτή, οι συσχετισμοί που βλέπουν εξηγούνται εύκολα από ένα σωματίδιο που φέρει ένα μόνο bit. Αλλά αν επιλέξουν μεταξύ οκτώ πιθανών κατευθύνσεων και μετρήσουν και ξαναμετρήσουν το σωματίδιο 16 φορές, βλέπουν συσχετισμούς που ένα μόνο κομμάτι μνήμης δεν μπορεί να εξηγήσει. «Αυτό που αποδείξαμε αυστηρά είναι ότι, αν διαδοθεί εγκαίρως ο αριθμός των bit που αντιστοιχεί σε αυτό το δεσμευμένο Holevo, τότε σίγουρα δεν μπορείτε να εξηγήσετε τι προβλέπει η κβαντομηχανική», είπε ο Tomasz Paterek, φυσικός στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang στη Σιγκαπούρη, και ένας από τους συν-συγγραφείς του Brierley. Εν ολίγοις, αυτό που κάνει η Αλίκη στο σωματίδιο στην αρχή του πειράματος συσχετίζεται με αυτό που βλέπει ο Μπομπ στο τέλος με έναν τρόπο που είναι πολύ δυνατός για να εξηγηθεί εύκολα. Μπορείτε να το ονομάσετε "υπερμνήμη", εκτός από το ότι η κατηγορία "μνήμη" δεν φαίνεται να αποτυπώνει αυτό που συμβαίνει.

Τι ακριβώς συμβαίνει με την κβαντική φυσική που υπερβαίνει την κλασική φυσική για να προικίσει τα σωματίδια με αυτήν την υπερμνήμη; Οι ερευνητές έχουν διαφορετικές απόψεις. Κάποιοι λένε ότι το κλειδί είναι ότι οι κβαντικές μετρήσεις αναπόφευκτα διαταράσσουν ένα σωματίδιο. Μια διαταραχή, εξ ορισμού, είναι κάτι που επηρεάζει μεταγενέστερες μετρήσεις. Σε αυτήν την περίπτωση, η διαταραχή οδηγεί στην προβλεπόμενη συσχέτιση.

Το 2009 ο Michael Goggin, ένας φυσικός που ήταν τότε στο Πανεπιστήμιο του Queensland, και οι συνάδελφοί του έκαναν ένα πείραμα για να βρουν αυτό το ζήτημα. Χρησιμοποίησαν το τέχνασμα να εμπλέξουν χωρικά ένα σωματίδιο με ένα άλλο του είδους του και να μετρήσουν αυτό το σταθερό σωματίδιο αντί για το πρωτότυπο. Η μέτρηση του stand-in εξακολουθεί να διαταράσσει το αρχικό σωματίδιο (επειδή τα δύο είναι μπλεγμένα), αλλά οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν την ποσότητα που διαταράσσει το πρωτότυπο μεταβάλλοντας τον βαθμό εμπλοκής. Το συμβιβασμό είναι ότι η γνώση του πρωτοτύπου του πειραματιστή γίνεται λιγότερο αξιόπιστη, αλλά οι ερευνητές αντισταθμίζουν δοκιμάζοντας πολλά ζεύγη σωματιδίων και συγκεντρώνοντας τα αποτελέσματα με έναν ειδικό τρόπο. Ο Γκόγκιν και η ομάδα του μείωσαν τη διαταραχή σε σημείο που το αρχικό σωματίδιο δεν διαταράχθηκε σχεδόν καθόλου. Οι μετρήσεις σε διαφορετικούς χρόνους εξακολουθούσαν να συσχετίζονται στενά. Στην πραγματικότητα, συσχετίστηκαν ακόμη πιο στενά από ό,τι όταν οι μετρήσεις διατάραξαν περισσότερο το σωματίδιο. Έτσι, το ζήτημα της υπερμνήμης ενός σωματιδίου παραμένει ένα μυστήριο. Προς το παρόν, αν ρωτήσετε γιατί τα κβαντικά σωματίδια παράγουν τους ισχυρούς χρονικούς συσχετισμούς, οι φυσικοί βασικά θα απαντήσουν:"Επειδή."

Κβαντικές κάψουλες χρόνου

Τα πράγματα γίνονται ακόμα πιο ενδιαφέροντα - προσφέροντας τη δυνατότητα για κβαντικές χρονοκάψουλες και άλλα διασκεδαστικά πράγματα - όταν περνάμε στην κβαντική θεωρία πεδίων, μια πιο προηγμένη έκδοση της κβαντικής μηχανικής που περιγράφει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και άλλα πεδία της φύσης. Ένα πεδίο είναι ένα πολύ μπερδεμένο σύστημα. Διαφορετικά μέρη του συσχετίζονται αμοιβαία:Μια τυχαία διακύμανση του πεδίου σε ένα μέρος θα συνδυαστεί με μια τυχαία διακύμανση σε ένα άλλο. (Το "Μέρη" εδώ αναφέρεται τόσο σε περιοχές του χώρου όσο και σε χρονικά διαστήματα.)

Ακόμη και ένα τέλειο κενό, το οποίο ορίζεται ως η απουσία σωματιδίων, θα εξακολουθεί να έχει κβαντικά πεδία. Και αυτά τα πεδία δονούνται πάντα. Ο χώρος φαίνεται άδειος γιατί οι δονήσεις αλληλοεξουδετερώνονται. Και για να γίνει αυτό, πρέπει να μπλέξουν. Η ακύρωση απαιτεί το πλήρες σύνολο των δονήσεων. ένα υποσύνολο δεν θα ακυρωθεί απαραίτητα. Αλλά ένα υποσύνολο είναι το μόνο που βλέπετε ποτέ.

Εάν ένας εξιδανικευμένος ανιχνευτής κάθεται στο κενό, δεν θα ανιχνεύσει σωματίδια. Ωστόσο, κάθε πρακτικός ανιχνευτής έχει περιορισμένη εμβέλεια. Το πεδίο θα εμφανιστεί ανισορροπημένο σε αυτό και θα ανιχνεύσει σωματίδια στο κενό, τα οποία απομακρύνονται σαν μετρητής Geiger σε ορυχείο ουρανίου. Το 1976 ο Bill Unruh, ένας θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας, έδειξε ότι ο ρυθμός ανίχνευσης αυξάνεται εάν ο ανιχνευτής επιταχύνεται, καθώς ο ανιχνευτής χάνει την ευαισθησία του στις περιοχές του διαστήματος από τις οποίες απομακρύνεται. Επιταχύνετε πολύ δυνατά και θα κάνει κλικ σαν τρελός και τα σωματίδια που βλέπει θα μπλέξουν με σωματίδια που παραμένουν πέρα ​​από την ορατή του.

Το 2011 οι Olson και Ralph έδειξαν ότι σχεδόν το ίδιο συμβαίνει εάν ο ανιχνευτής μπορεί να επιταχυνθεί στο χρόνο. Περιέγραψαν έναν ανιχνευτή που είναι ευαίσθητος σε φωτόνια μιας μόνο συχνότητας ανά πάσα στιγμή. Ο ανιχνευτής σαρώνει τις συχνότητες όπως ένας σαρωτής ραδιοφώνου της αστυνομίας, μετακινούμενος από χαμηλότερες σε υψηλότερες συχνότητες (ή το αντίστροφο). Εάν σαρώνει με γρήγορο ρυθμό, θα σαρώσει ακριβώς από το τέλος του επιλογέα ραδιοφώνου και θα σταματήσει να λειτουργεί εντελώς. Επειδή ο ανιχνευτής λειτουργεί μόνο για περιορισμένο χρονικό διάστημα, στερείται ευαισθησίας σε όλο το φάσμα των δονήσεων πεδίου, δημιουργώντας τις ίδιες ανισορροπίες που προέβλεψε ο Unruh. Μόνο τώρα, τα σωματίδια που συλλέγει θα μπλέξουν με σωματίδια σε μια κρυφή περιοχή του χρόνου — δηλαδή, το μέλλον.

Οι Olson και Ralph προτείνουν την κατασκευή του ανιχνευτή από έναν βρόχο υπεραγώγιμου υλικού. Συντονισμένος για να λαμβάνει φως κοντά στο υπέρυθρο και ολοκληρώνοντας μια σάρωση σε λίγα femtoseconds (10 δευτερόλεπτα), ο βρόχος θα έβλεπε το κενό να λάμπει σαν αέριο σε θερμοκρασία δωματίου. Κανένας εφικτός ανιχνευτής που επιταχύνεται στο διάστημα δεν θα μπορούσε να το πετύχει, έτσι το πείραμα του Olson και του Ralph θα ήταν μια σημαντική δοκιμή της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Θα μπορούσε επίσης να δικαιώσει τις ιδέες του Stephen Hawking σχετικά με την εξάτμιση της μαύρης τρύπας, οι οποίες περιλαμβάνουν την ίδια βασική φυσική.

Εάν κατασκευάσετε δύο τέτοιους ανιχνευτές, έναν που επιταχύνει και έναν που επιβραδύνει με τον ίδιο ρυθμό, τότε τα σωματίδια που βλέπει ο ένας ανιχνευτής θα συσχετιστούν με τα σωματίδια που βλέπει ο άλλος. Ο πρώτος ανιχνευτής μπορεί να συλλάβει μια σειρά από αδέσποτα σωματίδια σε τυχαία διαστήματα. Λίγα λεπτά ή χρόνια αργότερα, ο δεύτερος ανιχνευτής θα συλλέξει μια άλλη σειρά αδέσποτων σωματιδίων στα ίδια διαστήματα - μια τρομακτική επανάληψη γεγονότων. "Αν τα κοιτάξετε μεμονωμένα, τότε κάνουν τυχαία κλικ, αλλά εάν λάβετε ένα κλικ σε ένα, τότε ξέρετε ότι θα υπάρξει ένα κλικ στο άλλο εάν κοιτάξετε σε μια συγκεκριμένη στιγμή", είπε ο Ralph. .

Αυτοί οι χρονικοί συσχετισμοί είναι τα συστατικά αυτής της κβαντικής χρονοκάψουλας. Η αρχική ιδέα για μια τέτοια κατασκευή ανάγεται στον Τζέιμς Φράνσον, φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, στην Κομητεία της Βαλτιμόρης. (Ο Φράνσον χρησιμοποίησε διαστημικούς συσχετισμούς· οι Olson και Ralph λένε ότι οι χρονικές συσχετίσεις μπορεί να το κάνουν ευκολότερο.) Γράφετε το μήνυμά σας, κωδικοποιείτε κάθε bit σε ένα φωτόνιο και χρησιμοποιείτε έναν από τους ειδικούς ανιχνευτές σας για να μετρήσετε αυτά τα φωτόνια μαζί με το πεδίο φόντου, κρυπτογραφώντας έτσι αποτελεσματικά τα κομμάτια σου. Στη συνέχεια αποθηκεύετε το αποτέλεσμα στην κάψουλα και το θάβετε.

Στην καθορισμένη μελλοντική ώρα, οι απόγονοί σας μετρούν το πεδίο με τον αντιστοιχισμένο ανιχνευτή. Τα δύο αποτελέσματα, μαζί, θα ανασυνθέσουν τις αρχικές πληροφορίες. «Η κατάσταση δεν είναι ενσωματωμένη για το διάστημα μεταξύ [των δύο μετρήσεων], αλλά κωδικοποιείται με κάποιο τρόπο σε αυτούς τους συσχετισμούς στο κενό», είπε ο Ralph. Επειδή οι απόγονοί σας πρέπει να περιμένουν να ενεργοποιηθεί ο δεύτερος ανιχνευτής, δεν υπάρχει τρόπος να αποκωδικοποιήσετε το μήνυμα πριν από την ώρα του.

Η ίδια βασική διαδικασία θα σας επέτρεπε να δημιουργήσετε μπερδεμένα σωματίδια για χρήση στον υπολογισμό και την κρυπτογραφία. «Θα μπορούσατε να κάνετε διανομή κβαντικών κλειδιών χωρίς στην πραγματικότητα να στείλετε κανένα κβαντικό σήμα», είπε ο Ralph. "Η ιδέα είναι να χρησιμοποιείτε απλώς τους συσχετισμούς που υπάρχουν ήδη στο κενό."

Η Φύση του Χωροχρόνου

Αυτοί οι χρονικοί συσχετισμοί αμφισβητούν επίσης τις υποθέσεις των φυσικών σχετικά με τη φύση του χωροχρόνου. Κάθε φορά που δύο γεγονότα συσχετίζονται και δεν είναι τυχαίο, υπάρχουν δύο εξηγήσεις:Το ένα γεγονός προκαλεί το άλλο ή κάποιος τρίτος παράγοντας προκαλεί και τα δύο. Μια βασική υπόθεση αυτής της λογικής είναι ότι τα γεγονότα συμβαίνουν με μια δεδομένη σειρά, που υπαγορεύονται από τις τοποθεσίες τους στο χώρο και στο χρόνο. Δεδομένου ότι οι κβαντικές συσχετίσεις - σίγουρα το χωρικό είδος, πιθανώς ο χρονικός - είναι πολύ ισχυρές για να εξηγηθούν χρησιμοποιώντας μία από αυτές τις δύο εξηγήσεις, οι φυσικοί επανεξετάζουν τις υποθέσεις τους. «Δεν μπορούμε πραγματικά να εξηγήσουμε αυτούς τους συσχετισμούς», είπε ο Ämin Baumeler, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Ιταλικής Ελβετίας στο Λουγκάνο της Ελβετίας. «Δεν υπάρχει μηχανισμός για το πώς εμφανίζονται αυτοί οι συσχετισμοί. Έτσι, δεν ταιριάζουν πραγματικά στην αντίληψή μας για τον χωροχρόνο."

Βασιζόμενοι σε μια ιδέα του Lucien Hardy, ενός θεωρητικού φυσικού στο Ινστιτούτο Perimeter, ο Brukner και οι συνεργάτες του μελέτησαν πώς τα γεγονότα μπορεί να σχετίζονται μεταξύ τους χωρίς να προϋποθέτουν την ύπαρξη χωροχρόνου. Εάν η ρύθμιση ενός συμβάντος εξαρτάται από το αποτέλεσμα ενός άλλου, συμπεραίνετε ότι θα συμβεί αργότερα. Εάν τα γεγονότα είναι εντελώς ανεξάρτητα, πρέπει να συμβαίνουν σε απόσταση μεταξύ τους στο χώρο και στο χρόνο. Μια τέτοια προσέγγιση θέτει χωρικούς και χρονικούς συσχετισμούς σε ίση βάση. Και επιτρέπει επίσης συσχετίσεις που δεν είναι ούτε χωρικές ούτε χρονικές — που σημαίνει ότι τα πειράματα δεν ταιριάζουν όλα μαζί με συνέπεια και δεν υπάρχει τρόπος να τα τοποθετήσουμε μέσα στο χώρο και στο χρόνο.

Η ομάδα του Brukner επινόησε ένα περίεργο πείραμα σκέψης που απεικονίζει την ιδέα. Η Αλίκη και ο Μπομπ πετάνε από ένα νόμισμα. Κάθε άτομο γράφει το αποτέλεσμα της δικής του εκτίναξης σε ένα κομμάτι χαρτί, μαζί με μια εικασία για το αποτέλεσμα του άλλου ατόμου. Κάθε άτομο στέλνει επίσης το χαρτί στον άλλο με αυτές τις πληροφορίες. Το κάνουν πολλές φορές και βλέπουν πόσο καλά το κάνουν.

Κανονικά οι κανόνες του παιχνιδιού ρυθμίζονται έτσι ώστε η Αλίκη και ο Μπομπ να το κάνουν αυτό με μια συγκεκριμένη σειρά. Ας υποθέσουμε ότι η Αλίκη είναι πρώτη. Μπορεί μόνο να μαντέψει το αποτέλεσμα του Μπομπ (το οποίο δεν έχει ακόμη συμβεί), αλλά μπορεί να στείλει το δικό της αποτέλεσμα στον Μπομπ. Η εικασία της Αλίκης για το χτύπημα του Μπομπ θα είναι σωστή στο 50 τοις εκατό των περιπτώσεων, αλλά πάντα θα έχει τη δική της σωστή. Στον επόμενο γύρο, ο Μπομπ πηγαίνει πρώτος και οι ρόλοι αντιστρέφονται. Συνολικά το ποσοστό επιτυχίας θα είναι 75 τοις εκατό. Αλλά αν δεν υποθέσετε ότι το κάνουν αυτό με μια συγκεκριμένη σειρά και αν αντικαταστήσουν το φύλλο χαρτιού με ένα κβαντικό σωματίδιο, μπορούν να πετύχουν το 85 τοις εκατό των περιπτώσεων.

Εάν προσπαθήσετε να τοποθετήσετε αυτό το πείραμα εντός του χώρου και του χρόνου, θα αναγκαστείτε να συμπεράνετε ότι περιλαμβάνει περιορισμένο βαθμό ταξιδιού στο χρόνο, έτσι ώστε το άτομο που πηγαίνει δεύτερο να μπορεί να επικοινωνήσει το αποτέλεσμά του προς τα πίσω στον χρόνο σε αυτόν που πηγαίνει πρώτα. (Το Time Patrol θα ανακουφιστεί που δεν μπορούν να προκύψουν λογικά παράδοξα:Κανένα γεγονός δεν μπορεί να γίνει η δική του αιτία.)

Ο Brukner και οι συνάδελφοί του στη Βιέννη πραγματοποίησαν ένα πραγματικό πείραμα παρόμοιο με αυτό. Στο πείραμα, οι χειρισμοί Alice-and-Bob πραγματοποιήθηκαν από δύο οπτικά φίλτρα. Οι ερευνητές εξέπεμψαν ένα ρεύμα φωτονίων σε έναν μερικώς ασημένιο καθρέφτη, έτσι ώστε τα μισά φωτόνια να ακολουθούν ένα μονοπάτι και τα μισά από ένα άλλο. (Ήταν αδύνατο να πει κανείς, χωρίς μέτρηση, ποια διαδρομή κατέβηκε κάθε μεμονωμένο φωτόνιο· κατά μία έννοια, πήρε και τα δύο μονοπάτια ταυτόχρονα.) Στην πρώτη διαδρομή, τα φωτόνια πέρασαν πρώτα από το φίλτρο της Αλίκης και ακολούθησε το φίλτρο του Μπομπ. Στο δεύτερο μονοπάτι, τα φωτόνια τα οδήγησαν με αντίστροφη σειρά. Το πείραμα ανέβασε την κβαντική απροσδιοριστία σε ένα εντελώς νέο επίπεδο. Όχι μόνο τα σωματίδια δεν είχαν συγκεκριμένες ιδιότητες πριν από τη μέτρηση, αλλά και οι λειτουργίες που έγιναν σε αυτά δεν πραγματοποιήθηκαν καν με συγκεκριμένη σειρά.

Σε πρακτικό επίπεδο, το πείραμα ανοίγει νέες δυνατότητες για τους κβαντικούς υπολογιστές. Τα φίλτρα που αντιστοιχούν σε Alice και Bob αντιπροσωπεύουν δύο διαφορετικές μαθηματικές πράξεις και η συσκευή ήταν σε θέση να εξακριβώσει σε ένα μόνο βήμα εάν η σειρά αυτών των πράξεων έχει σημασία — εάν το A ακολουθούμενο από το B είναι το ίδιο με το B ακολουθούμενο από το A. Κανονικά θα έπρεπε χρειάζονται δύο βήματα για να γίνει αυτό, επομένως η διαδικασία είναι μια σημαντική επιτάχυνση. Μερικές φορές οι κβαντικοί υπολογιστές περιγράφονται ότι εκτελούν μια σειρά λειτουργιών σε όλα τα πιθανά δεδομένα ταυτόχρονα, αλλά μπορεί επίσης να είναι σε θέση να εκτελέσουν όλες τις πιθανές λειτουργίες ταυτόχρονα.

Τώρα φανταστείτε να κάνετε αυτό το πείραμα ένα βήμα παραπέρα. Στο αρχικό πείραμα του Brukner, η διαδρομή κάθε μεμονωμένου φωτονίου τοποθετείται σε μια «υπέρθεση» - το φωτόνιο κατεβαίνει σε έναν κβαντικό συνδυασμό του μονοπατιού της Alice-first και του Bob-first μονοπατιού. Δεν υπάρχει σαφής απάντηση στην ερώτηση, «από ποιο φίλτρο πέρασε πρώτο το φωτόνιο;»— μέχρι να πραγματοποιηθεί μια μέτρηση και να επιλυθεί η ασάφεια. Εάν, αντί για ένα φωτόνιο, ένα βαρυτικό αντικείμενο μπορούσε να τεθεί σε μια τέτοια χρονική υπέρθεση, η συσκευή θα έβαζε τον ίδιο τον χωροχρόνο σε μια υπέρθεση. Σε μια τέτοια περίπτωση, η σειρά της Αλίκης και του Μπομπ θα παρέμενε διφορούμενη. Η αιτία και το αποτέλεσμα θα θολώνουν μαζί και δεν θα μπορείτε να δώσετε μια αναλυτική περιγραφή του τι συνέβη.

Μόνο όταν αυτές οι απροσδιόριστες αιτιώδεις σχέσεις μεταξύ των γεγονότων εξαλειφθούν - έτσι ώστε η φύση να συνειδητοποιήσει μόνο μερικές από τις δυνατότητες που διαθέτει - ο χώρος και ο χρόνος αποκτούν νόημα. Οι κβαντικές συσχετίσεις έρχονται πρώτα, ο χωροχρόνος αργότερα. Πώς ακριβώς αναδύεται ο χωροχρόνος από τον κβαντικό κόσμο; Ο Μπρούκνερ είπε ότι είναι ακόμα αβέβαιος. Όπως και με τη χρονοκάψουλα, η απάντηση θα έρθει μόνο όταν έρθει η κατάλληλη στιγμή.