Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Czas się cofa, ale tego nie pamiętamy?

Recommended Posts

Lorenzo Maccone z MIT-u postanowił rozważyć jak ma się asymetria czasu z drugiej zasady termodynamiki do naszej wiedzy o świecie. Dyskusje takie były prowadzone już wcześniej, ale, jak zauważył fizyk Michael Weissman z University of Illinois at Urbana-Champaign, w bardzo nieformalny sposób. Maccone uczynił to systematycznie, co przydaje wagi jego argumentom.

Żadne prawo fizyczne nie mówi, że czas ma przesuwać się tylko do przodu. Problem jednak w tym, że nigdy nie widzimy, by się cofał. Tymczasem najnowsze badania wskazują, że możemy mieć do czynienia z rodzajem amnezji mechaniki kwantowej - czas może się cofać, ale informacje o tym zdarzeniu nie są w żaden sposób przechowywane.

Nasze pojmowanie czasu związane jest z drugą zasadą termodynamiki, z której wiemy, że każdy zamknięty system, który zmienia się w sposób spontaniczny, staje się coraz mniej uporządkowany. Jego entropia ciągle rośnie. Entropia znanych nam układów zmienia się w kierunku, który nazywamy przyszłością. Obserwowany kierunek zmian jest tylko jeden.

Jednak rozważmy sytuację pudełka pełnego cząstek w świecie kwantowym. Splątanie tego systemu np. z obserwatorem, powoduje utratę informacji, czyli cząsteczek. Jednak w tym samym czasie obserwator zyskuje dodatkowe informacje o systemie.

Na tej podstawie Lorenzo Maccone doszedł do wniosku, że konieczny wzrost entropii, a więc i ważność drugiej zasady termodynamiki, mogą być tylko złudzeniem w świecie mechaniki kwantowej.

Mechanika kwantowa przewiduje, że czas może się cofać. Zdaniem Maccone szczegółowa analiza kwantowego świata pokazuje, iż jest to prawdą, jednak informacje o cofaniu się czasu zostają usunięte. W systemach, w których entropia się zmniejsza, informacja o tym, co zachodzi pomiędzy zdarzeniem a obserwatorem zostaje usunięta. Z tego też powodu nie jesteśmy w stanie dostrzec przypadków zmniejszania się entropii, a więc przypadków cofania się czasu. Innymi słowy, Maccone twierdzi, że możemy być świadkami sytuacji, w której rozbite jajko znowu jest całe, ale informacja o tym jest usuwana z naszych mózgów. Oczywiście, jak zauważa naukowiec, aby do takiej sytuacji doszło, prawa mechaniki kwantowej musiałyby działać w świecie makro. Jednak na to brakuje nam dowodów. Maccone jednak nie poddaje się i twierdzi, że jego interpretację da się obronić, jeśli przyjmiemy istnienie wielu światów równoległych. Każdy z nich byłby właściwy dla jednego możliwego stanu fizycznego.

Sean Carroll z Caltechu zauważa, że rozważania Maccone są niekompletne, gdyż nie dają odpowiedzi na ważne pytanie - dlaczego  wszechświat narodził się jako układ o bardzo małej entropii, a więc w stanie, który jest niezwykle mało prawdopodobny.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Skąd pingwiny cesarskie (Aptenodytes forsteri) wiedzą, ile czasu spędziły już pod wodą? Wygląda na to, że ogranicza je liczba machnięć skrzydłami, a konkretnie kumulacyjna praca mięśni. Dr Kozue Shiomi z Uniwersytetu Tokijskiego ustalił, że przed wynurzeniem ptaki wykonują średnio 237 uderzeń skrzydłami.
      Japończycy od początku przypuszczali, że pingwiny decydują, kiedy zakończyć jedzenie i wychynąć na powierzchnię, bazując na mocy zapewnianej przez mięśnie dzięki zaczerpniętemu przed nurkowaniem powietrzu.
      Kozue i inni wykorzystali dane ze swoich wcześniejszych wypraw. Przeanalizowali ponad 15 tys. pingwinich nurkowań w wykonaniu 10 swobodnie poruszających się ptaków i 3 osobników, które musiały korzystać z przerębli.
      Pomiar czasu wykazał, że wolno nurkujące pingwiny zaczynały się wynurzać po upływie nieco ponad 5 min (5,7 min). Ptaki korzystające z otworów w lodzie nurkowały często dłużej, lecz gdy w oparciu o przyspieszenie naukowcy wyliczyli liczbę uderzeń skrzydłami, okazało się, że zawsze oscylowała ona wokół "magicznych" dwustu trzydziestu siedmiu.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Odkrycie dokonane przez uczonych z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB) daje nadzieję na wykorzystanie węgliku krzemu - materiału powszechnie używanego w elektronice - do stworzenia urządzeń obliczeniowych opierających się na mechanice kwantowej.
      Grupa pracująca pod kierunkiem Davida Awschaloma odkryła, że niedoskonałości w sieci krystalicznej węglika krzemu mogą być kontrolowane na poziomie kwantowym. Zwykle defekty w sieci krystalicznej są postrzegane jako niepożądane. W tradycyjnej elektronice takie niedoskonałości powodują spowolnienie pracy układu, gdyż elektrony zostają przez nie uwięzione.
      Naukowcy z UCSB odkryli, że sposób, w jaki elektrony zostały uwięzione pozwala na zainicjalizowanie stanów kwantowych, ich precyzyjną manipulację oraz pomiar. Operacje takie można przeprowadzić za pomocą światła i mikrofal. Zatem każdy z defektów spełnia wymogi stawiane przed qubitem.
      Szukamy piękna i możliwości wykorzystania niedoskonałości, zamiast starać się osiągnąć doskonałość. Używamy tych niedoskonałości jako podstawy dla przyszłej technologii kwantowej - powiedział Awschalom.
      Uczony wyjaśnia, że większość niedoskonałości w sieci krystalicznej nie posiada tak pożądanych cech, jakie odkryto w węgliku krzemu. Dotychczas znano tylko jeden typ takich niedoskonałości - występujący w diamencie ubytek dwóch atomów węgla i zastąpienia ich jednym atomem azotu. Miejsce po drugim atomie węgla pozostaje puste i ma ono takie właściwości, które pozwala wykorzystać je do zapisu kwantowych informacji w temperaturze pokojowej. Diament jest jednak materiałem, który trudno jest pozyskać i zintegrować z elektroniką.
      Tymczasem węglik krzemu jest materiałem dobrze znanym w przemyśle elektronicznym, a badania Awschaloma i jego zespoły wykazały, że dwa spośród licznych typów niedoskonałości pozwalają na uzyskanie efektów kwantowych w temperaturze pokojowej.
      Nie można wykluczyć, że podobnymi właściwościami charakteryzują się też inne materiały. Dotychczas bowiem nie zajęto się dokładnym zbadaniem niedoskonałości wielu z nich.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Starsi mężczyźni, u których skróceniu ulega czas snu głębokiego (NREM, od ang. non-rapid eye movement), są w większym stopniu zagrożeni nadciśnieniem.
      Studium naukowców ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Harvarda objęło 784 mężczyzn. Amerykanie stwierdzili, że panowie z najkrótszą fazą snu głębokiego są zagrożeni nadciśnieniem aż o 83% bardziej niż badani z najdłuższym snem NREM. Zespół prof. Susan Redline spodziewa się, że podobny związek występuje u kobiet.
      Naukowcy oceniali jakość snu u mężczyzn w wieku powyżej 65 lat. Na początku studium w 2007 roku żaden nie chorował na nadciśnienie, a do jego zakończenia w 2009 r. zdiagnozowano je u 243 osób. W oparciu o długość snu NREM pacjentów podzielono na grupy. W grupie z najkrótszym snem głębokim (4% ogólnego czasu uśpienia) ryzyko nadciśnienia było 1,83 razy wyższe niż w grupie z najdłuższym snem NREM (17% czasu uśpienia).
      W przyszłości akademicy chcą sprawdzić, czy wydłużenie etapu snu głębokiego, zwanego również snem wolnofalowym, zmniejsza ryzyko rozwoju nadciśnienia.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ludzie kojarzą małe liczby z krótkimi odcinkami czasu, a duże z dłuższymi interwałami. Wg psychologów, sugeruje to, że oba systemy – numeryczny i czasowy – są w mózgu powiązane.
      Zespół Denise Wu z National Central University of Taiwan przeprowadził 2 eksperymenty. W pierwszym z nich ochotnicy siedzieli przed komputerem, na ekranie którego krócej niż przez sekundę wyświetlała się jakaś cyfra. Później pojawiało się słowo "TERAZ" i w tym momencie badani mieli naciskać guzik klawiatury tyle samo czasu, ile wg nich, wyświetlała się cyfra. Psycholodzy podkreślają, że związek między cyfrą a czasem był oczywisty: po ujrzeniu większej cyfry, np. 8, ludzie przytrzymywali klawisz dłużej niż po zobaczeniu mniejszej cyfry, np. 1.
      W drugim eksperymencie ludzie widzieli przez chwilę zieloną kropkę. W odpowiedzi mieli naciskać klawisz. Przyciskaniu towarzyszyło pojawienie się na ekranie liczby. Okazało się, że widząc niską liczbę, ochotnicy przytrzymywali guzik dłużej, a gdy widzieli liczbę wyższą, przytrzymywali klawisz krócej. Wu uważa, że pod wpływem mniejszej wartości badani sądzili, że nie przytrzymywali klawisza wystarczająco długo.
      Jesteśmy bardzo podekscytowani tymi odkryciami, ponieważ wpływ cyfr okazał się tak automatyczny i natychmiastowy. Wu podejrzewa, że czas i wielkość liczb mogą być przetwarzane przez te same neurony. Gdyby to była prawda, zamiast obszarów poświęconych poszczególnym miarom wykorzystywalibyśmy jeden odpowiedzialny za myślenie o rzędach wielkości. Wu zastanawia się też nad potencjalnym wpływem emocji, który ujawniałby, w jaki sposób poczucie czasu wiąże się z innymi funkcjami mózgu (nuda rozciąga czas, a dobra zabawa wydaje się przyspieszać jego upływ).
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Każdy, kto miał do czynienia z komputerem wie, że podczas pracy urządzenie to emituje ciepło. Tymczasem fizycy teoretyczni doszli do wniosku, że procesy obliczeniowe mogą czasem nie tylko nie generować ciepła, ale nawet chłodzić.
      Profesor Renato Renner ze Szwajcarskieg Instytut Technologii (ETH) i Vlatko Vedral z Narodowego Uniwersytetu Singapuru i University of Oxford wraz z kolegami opisali w piśmie Nature w jaki sposób usuwanie danych może wywoływać efekt chłodzenia zamiast generować ciepło.
      Uczeni zauważyli, że w pewnych warunkach gdy pojawia się kwantowe splątanie, dochodzi do chłodzenia. Niewykluczone, że możliwe będzie wykorzystanie tego efektu do chłodzenia superkomputerów. Uzyskanie kontroli na poziomie kwantowym, co jest konieczne do wykorzystania tego zjawiska do chłodzenia superkomputerów, będzie trudne ale nie niemożliwe. W ciągu ostatnich 20 lat byliśmy świadkami olbrzymiego postępu w technologiach kwantowych - mówi Vedral. Już dzisiaj, jego zdaniem, technika pozwala na przeprowadzenie eksperymentu z udziałem kilku bitów, który pozwoliłby na potwierdzenie teoretycznych obliczeń.
      W roku 1961 Rolf Landauer, fizyk pracujący dla IBM-a sformułował swoją zasadę mówiącą, że wymazanie bitu informacji wymaga utraty energii w postaci ciepła. Wykazał też, że istnieje fizyczna granica minimalnego wydatku energii potrzebnego do wykasowania informacji. A to z kolei oznacza, że nadejdzie chwila, w której nie będzie możliwe zmniejszenie produkcji ciepła, co przy rosnącym zagęszczeniu układów elektronicznych i ich coraz bardziej wydajnej pracy oznacza, iż będą one produkowały coraz więcej ciepła. Obecnie taka sytuacja nam nie grozi, ale profesor Renner przewiduje, że granicę wyznaczoną przez Landauera możemy osiągnąć w ciągu 10-20 lat. Ciepło generowane przez usuwanie danych z 10-terabajtowego HDD liczone jest w milionowych częściach dżula. Jednak ilość ta sumuje się, gdy wykonujemy wielu operacji kasowania w ciągu sekundy.
      Naukowcy dodali do zasady Laudauera rozważania na temat wartości kasowanego bitu. Jeśli znamy zawartość komórki pamięci, którą kasujemy, to teoretycznie możliwe jest usunięcie bitu w taki sposób, że możliwe będzie jego odtworzenie. Już wcześniej dowiedziono, że tego typu „odwracalne" kasowanie nie generuje ciepła.
      W swoich rozważaniach Renner i Vedral posuwają się o krok dalej. Dowiedli oni teoretycznie, że jeśli kasowany bit jest kwantowo splątany ze stanem obserwatora, obserwator może wycofać energię cieplną z systemu w czasie usuwania bitów. A to oznacza, że kasowanie będzie chłodziło komputer.
      Aby dojść do takich wniosków uczeni połączyli to, co na temat entropii mówią teoria informacji i termodynamika. W teorii informacji entropia to wynik pomiaru gęstości informacji. Dzięki niej dowiadujemy się np. jaką ilość miejsca w pamięci zajmie dana informacja po optymalnym skompresowaniu. W termodynamice entropia związana jest z nieuporządkowaniem systemu, np. rozłożeniem molekuł w gazie. Zwiększanie entropii wiąże się tutaj zwykle z dodawaniem energii w postaci ciepła.
      Profesor Renner stwierdza: Wykazaliśmy, że w obu przypadkach na poziomie mechaniki kwantowej entropia opisuje to samo zjawisko. W obu przypadkach należy ją rozważać jako brak wiedzy.
      Należy przy tym wziąć pod uwagę fakt, że obiekt nie ma stałej entropii, ale zależy ona od obserwatora. Jeśli zatem dwie osoby będą usuwały te same dane, ale jedna z nich będzie miała większą wiedzę o  danych, to będzie postrzegała je jako posiadające mniejszą entropię, a zatem będzie mogła użyć mniej energii do ich usunięcia.
      W fizyce kwantowej entropia może czasem przybierać wartość ujemną. Na gruncie fizyki klasycznej posiadanie idealnych informacji o systemie oznacza, że obserwator uznaje, iż entropia systemu jest zerowa. Jednak splątanie daje obserwatorowi wiedzę większą niż kompletna, gdyż korelacje kwantowe są silniejsze niż klasyczne. A to prowadzi nas do wniosku, że entropia ma wartość ujemną.
      Zatem na gruncie fizyki klasycznej kompletna wiedza o pamięci komputerowej pozwala usunąć informacje bez wydatkowania energii. Teraz naukowcy pokazali, że przy splątaniu kwantowym i posiadaniu informacji większej niż kompletna usuwanie danych związane jest z wycofaniem ciepła z systemu i zamianę go na użyteczną formę energii.
      Renner podkreśla jednak, że nie ma mowy o stworzeniu w ten sposób perpetuum mobile. Dane usuwane są tylko raz, więc nie można z nich ciągle tworzyć energii. Ponadto ich usunięcie prowadzi do zaniku splątania kwantowego i konieczne jest dostarczenie energii, by system powrócił do stanu pierwotnego.
      Działamy na granicy drugiej zasady termodynamiki. Jeśli ruszysz się o krok dalej to je złamiesz - stwierdził Vedral.
×
×
  • Create New...