De theorieën van kwantummechanica en zwaartekracht zijn berucht omdat ze onverenigbaar zijn, ondanks de inspanningen van tientallen natuurkundigen in de afgelopen vijftig jaar. Echter, onlangs een internationaal team van onderzoekers onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Wenen, de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen, de Universiteit van Queensland (AUS) en het Stevens Institute of Technology (VS) hebben de belangrijkste elementen van de twee theorieën die de tijdstroom beschrijven gecombineerd en ontdekt dat de tijdelijke orde tussen gebeurtenissen echte kwantumkenmerken kan vertonen .

Volgens de algemene relativiteitstheorie de aanwezigheid van een massief object vertraagt ​​de stroom van tijd. Dit betekent dat een klok die dicht bij een massief object is geplaatst, langzamer zal lopen in vergelijking met een identieke die verder weg is.

Echter, de regels van de kwantumtheorie zorgen ervoor dat elk object in een superpositietoestand kan worden voorbereid. Een superpositie van twee locaties verschilt van het willekeurig plaatsen van een object op de ene of de andere locatie - het is een andere manier waarop een object bestaat, toegestaan ​​door de wetten van de kwantumfysica.

Een van de open vragen in de natuurkunde is:wat gebeurt er als een object dat massief genoeg is om de stroom van tijd te beïnvloeden, in een toestand van kwantumsuperpositie wordt geplaatst?

Dit is een controversieel onderwerp:sommige natuurkundigen beweren dat dergelijke scenario's fundamenteel onmogelijk zijn - een nieuw mechanisme moet in de eerste plaats voorkomen dat de superpositie zich vormt - terwijl anderen hele theorieën ontwikkelen op basis van de veronderstelling dat dit mogelijk is.

"We begonnen met het aanpakken van een vraag:wat zou een klok meten als deze werd beïnvloed door een massief object in een kwantumsuperpositietoestand?" legt Magdalena Zych van de University of Queensland uit.

De wetenschappers verwachtten de wegversperringen het hoofd te bieden die het scenario onmogelijk maakten, maar verrassend genoeg met behulp van standaard natuurkunde uit het leerboek konden ze precies beschrijven wat er gebeurt.

Ze ontdekten zo dat wanneer een massief object in een kwantumsuperpositie in de buurt van een reeks klokken wordt geplaatst, hun tijdsvolgorde kan echt kwantum worden, elke klassieke beschrijving tart.

Caslav Brukner, co-auteur van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen voegde toe dat het regime waar de kwantumtijdorde zou kunnen ontstaan, vrij ver verwijderd is van onze dagelijkse ervaring, "maar het belangrijkste inzicht uit ons werk is dat kwantumtijdorde überhaupt mogelijk is, en dat het resulteert in nieuwe fysieke effecten."

Om te illustreren wat er gebeurt, stel je een paar ruimteschepen voor die trainen voor een missie. Ze worden gevraagd om op een bepaald tijdstip op elkaar te schieten, en starten onmiddellijk hun motoren om elkaars aanval te ontwijken. Als een van de schepen te vroeg vuurt, het zal de ander vernietigen, en dit zorgt voor een onmiskenbare tijdsvolgorde tussen de schietgebeurtenissen. Als een krachtige agent een voldoende massief object zou kunnen plaatsen, zeg een planeet, dichter bij een schip zou het zijn tijdtelling vertragen. Als resultaat, het schip verder weg van de massa zal te vroeg vuren voor de eerste om te ontsnappen.

De wetten van de kwantumfysica en de zwaartekracht voorspellen dat door het manipuleren van een kwantumsuperpositie van de planeet, de schepen kunnen in een superpositie terechtkomen waarbij een van beide wordt vernietigd. Zo'n superpositiestaat, met twee systemen, wordt verstrikt genoemd. Het nieuwe werk laat zien dat de temporele volgorde tussen gebeurtenissen superpositie en verstrengeling kan vertonen - echte kwantumkenmerken die van bijzonder belang zijn voor het testen van de kwantumtheorie tegen alternatieven. Het resultaat kan nu worden gebruikt als theoretische proeftuin voor raamwerken voor kwantumzwaartekracht, en zo helpen om vooruit te komen bij het formuleren van de juiste theorie van kwantumzwaartekracht.

De studie zal ook relevant zijn voor toekomstige kwantumtechnologieën. Kwantumcomputers die gebruikmaken van de kwantumvolgorde van het uitvoeren van bewerkingen, kunnen apparaten verslaan die alleen met vaste sequenties werken. Praktische implementaties van kwantumtijdorde vereisen geen extreme omstandigheden - zoals planeten in superpositie - en kunnen worden gesimuleerd zonder het gebruik van zwaartekracht. De ontdekking van kwantumeigenschappen van tijd kan leiden tot betere kwantumapparaten in het komende tijdperk van kwantumcomputers.