En el reino cuántico, el tiempo no fluye tanto como cabría esperar
noviembre 26, 2021Un equipo de físicos de las Universidades de Bristol, Viena, Islas Baleares y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI-Viena) ha demostrado cómo los sistemas cuánticos pueden evolucionar simultáneamente a lo largo de dos flechas temporales opuestas, tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo. .
El estudio, publicado en el último número de Communications Physics, requiere repensar cómo se entiende y representa el flujo del tiempo en contextos donde las leyes cuánticas juegan un papel crucial.
Durante siglos, filósofos y físicos han reflexionado sobre la existencia del tiempo. Sin embargo, en el mundo clásico, nuestra experiencia parece extinguir cualquier duda de que el tiempo existe y continúa. De hecho, en la naturaleza, los procesos tienden a evolucionar espontáneamente de estados con menos desorden a estados con más desorden, y esta propensión puede usarse para identificar una flecha del tiempo. En física, esto se describe en términos de «entropía», que es la cantidad física que define la cantidad de desorden en un sistema.
La Dra. Giulia Rubino, de los laboratorios de tecnología de ingeniería cuántica de la Universidad de Bristol (laboratorios QET) y autora principal de la publicación, dijo:
“Si un fenómeno produce una gran cantidad de entropía, observar su inversión temporal es tan improbable que se vuelve esencialmente imposible. Sin embargo, cuando la entropía producida es lo suficientemente pequeña, existe una probabilidad nada despreciable de ver que la inversión temporal de un fenómeno ocurre de forma natural.
“Podemos tomar como ejemplo la secuencia de cosas que hacemos en nuestra rutina matutina. Si nos mostrara nuestra pasta de dientes moviéndose del cepillo de dientes a su tubo, no tendríamos ninguna duda de que era una grabación rebobinada de nuestro día. Sin embargo, si apretamos suavemente el tubo de modo que solo salga una pequeña porción de la pasta de dientes, no sería tan improbable que lo viéramos volver a entrar en el tubo, succionado por la descompresión del tubo.
Los autores del estudio, bajo la guía del profesor Caslav Brukner de la Universidad de Viena e IQOQI-Viena, aplicaron esta idea al reino cuántico, una de cuyas peculiaridades es el principio de superposición cuántica, según el cual si dos estados de un sistema cuántico es posible, entonces ese sistema también puede estar en ambos estados al mismo tiempo.
“Al extender este principio a las flechas del tiempo, resulta que los sistemas cuánticos que evolucionan en una u otra dirección temporal (la pasta de dientes que sale o vuelve al tubo), también pueden encontrarse evolucionando simultáneamente a lo largo de ambas direcciones temporales.
“Aunque esta idea parece bastante sin sentido cuando se aplica a nuestra experiencia diaria, en su nivel más fundamental, las leyes del universo se basan en principios de la mecánica cuántica. Esto plantea la pregunta de por qué nunca encontramos estas superposiciones de flujos de tiempo en la naturaleza «, dijo el Dr. Rubino.
Dr. Gonzalo Manzano, coautor de la Universidad de las Islas Baleares, dijo: “En nuestro trabajo cuantificamos la entropía producida por un sistema que evoluciona en la superposición cuántica de procesos con flechas de tiempo opuestas. Hemos encontrado que esto muy a menudo resulta en proyectar el sistema en una dirección temporal bien definida, correspondiente al proceso más probable de los dos. Sin embargo, cuando están involucradas pequeñas cantidades de entropía (por ejemplo, cuando hay tan poca pasta de dientes derramada que se puede ver que se reabsorbe en el tubo), entonces se pueden observar físicamente las consecuencias de la evolución del sistema hacia adelante y hacia atrás. tiempo «.
Aparte de la característica fundamental de que el tiempo en sí puede no estar bien definido, el trabajo también tiene implicaciones prácticas en la termodinámica cuántica. Colocar un sistema cuántico en una superposición de flechas de tiempo alternativo podría ofrecer beneficios en el rendimiento de las máquinas térmicas y los refrigeradores.
El Dr. Rubino dijo: “Aunque el tiempo a menudo se trata como un parámetro en constante aumento, nuestro estudio muestra que las leyes que gobiernan su flujo en contextos de mecánica cuántica son mucho más complejas. Esto puede sugerir que necesitamos repensar cómo representamos esta cantidad en todos aquellos contextos donde las leyes cuánticas juegan un papel crucial «.
Papel:
“Superposición cuántica de evoluciones termodinámicas con flechas de tiempo opuestas” en Física de las Comunicaciones. DOI: 10.1038 / s42005-021-00759-1
