211service.com
Fysikere demonstrerer hvordan man kan reversere tidens pil
En av de mer nysgjerrige utfordringene i fysikk er å forstå tidens natur. På det mikroskopiske nivået er fysikkens lover symmetriske med hensyn til tid - de fungerer like godt enten tiden løper forover eller bakover. Men på det makroskopiske nivået har alle prosesser en foretrukket retning. Den store fysikeren Arthur Eddington kalte dette tidens pil.
Akkurat hvorfor denne pilen peker i én retning, men ikke den andre, er en av de store vitenskapelige gåtene. Standardsvaret er at tidens pil følger av termodynamikkens andre lov – at forstyrrelse, eller entropi, alltid øker i et lukket system.
Det er derfor melk lett blandes i te, men aldri kommer ut av et brygg, hvorfor eggerøre aldri spontant deformeres, og hvorfor morgenkruset med kaffe varmer hendene dine mens du holder den og ikke omvendt.
Men det er en annen faktor som virker – universets startforhold. Av ukjente årsaker var det tidlige universet varmt og energien fordelt jevnt. Dette er en laventropitilstand for et system som er dominert av gravitasjon.
Over tid har entropien stadig økt, og det er dette som i stor grad har bestemt tidens pil.
Men det gir en interessant mulighet. Hvis startforholdene bestemmer tidens pil, er det kanskje mulig å lage systemer på jorden med startforhold som tvinger tidspilen til å løpe i motsatt retning. I disse systemene, egg kunne spontan dekryptere og varme kunne flyt fra kalde gjenstander til varme.
I dag har Kaonan Micadei ved Federal University of ABC i Brasil og noen få venner bygget et slikt system for første gang. I eksperimentet deres går tidens pil i revers, slik at de kan observere en kald gjenstand som varmer opp en varmere. Arbeidet løfter muligheten for en ny generasjon enheter der tidens pil løper bakover.
Det eksotiske nye systemet er en blanding av kloroform oppløst i neglelakkfjerner, eller aceton. Kloroform - CHCl3 - består av et enkelt karbonatom, et enkelt hydrogenatom og tre kloratomer.
Dette skaper en perfekt lekeplass for kvantefysikere, som er i stand til å manipulere kjernefysiske spinn av enkeltkarbon- og hydrogenkjerner ved å bruke en teknikk som kalles kjernemagnetisk resonans.
Tanken er å justere kjernene ved hjelp av et sterkt magnetfelt. Fysikere bruker deretter radiopulser for å snu ett eller begge spinnene, noe som får dem til å bli korrelert eller viklet inn. Og ved å lytte til radiosignalene som sendes ut av kjernene, kan fysikerne finne ut hvordan kvantetilstandene til kjernene utvikler seg.
Samtidig er karbon- og hydrogenkjernene i termisk kontakt, noe som betyr at varmeenergi kan strømme fra den ene til den andre. Teamet kan kontrollere temperaturen til begge kjernene ved å selektivt varme dem ved hjelp av kjernemagnetisk resonans. Når en kjerne er varmere enn den andre, strømmer varmen naturlig fra den varme til den kaldere.
I det nye eksperimentet har Micadei og co observert det motsatte. Og nøkkelen er å vikle inn kjernene på forhånd. Entanglement er den merkelige kvanteprosessen der to kvantepartikler deler samme eksistens. Det er dette fenomenet Micadei og co har utnyttet for å skape det unike settet med startbetingelser som lar tiden løpe bakover.
Når kjernene er sammenfiltret, setter korrelasjonen ekstra begrensninger for hvordan partiklene oppfører seg, noe som resulterer i en slags motor som driver varmeenergi i motsatt retning. Vi observerer en spontan varmestrøm fra det kalde til det varme systemet, sier teamet.
Det har viktige implikasjoner for vår forståelse av tid og dens forhold til sammenfiltring og entropi. Resultatene våre på den termodynamiske tidspilen kan også ha stimulerende konsekvenser på den kosmologiske tidens pil, sier Micadei og co, og antyder at lignende korrelasjoner kan være ansvarlige for universets startforhold.
Et vesentlig poeng i dette arbeidet er at fenomenet ikke er begrenset til mikroskopiske systemer. Faktisk fungerer disse NMR-eksperimentene i en makroskala der et stort antall molekyler bidrar til det observerte signalet. Så resultatet kan også tillate en ny generasjon enheter som driver varme fra kalde områder til varme.
Interessant arbeid om det grunnleggende om tid.
Ref: arxiv.org/abs/1711.03323 : Reversering av tidens termodynamiske pil ved bruk av kvantekorrelasjoner