Мезоскопическое «локальное время» порождает заявления о возможности путешествий во времени

Странная математика, смелое заявление: статья, связывающая проводимость с путешествиями во времени

Сегодня группа теоретиков опубликовала препринт, в котором утверждается, что переосмысление формализма проводимости Ландауэра — Бюттикера дает не только детерминированное описание квантового измерения, но и путь к «путешествиям во времени» в мезоскопических системах. Команда, в состав которой, согласно статье, входят Kanchan Meena, Souvik Ghosh и P. Singha Deo, связанные с такими институтами, как S.N. Bose Centre и университет на Тайване, строит свою аргументацию вокруг локально определенной парциальной плотности состояний (LPDOS), фазы матрицы рассеяния и механической конструкции локального времени с использованием идей ларморовских часов. Их утверждение поразительно: измеряемая проводимость и локальные часы в достаточно малых структурах допускают отрицательные локальные плотности, которые, по мнению авторов, можно интерпретировать как форму детерминированного временного смещения.

В статье пересматриваются стандартные инструменты мезоскопической физики — подход Ландауэра — Бюттикера к электрической проводимости и описание транспорта с помощью матрицы рассеяния — и акцентируется внимание на величинах, определенных локально внутри образца, а не на глобальных наблюдаемых. Центральное место в их аргументации занимает понятие локальной парциальной плотности состояний, которую они рассматривают как скрытую переменную, детерминированным образом определяющую результат измерений. Технический путь проходит через три взаимосвязанные идеи: (1) зависимость проводимости от фаз амплитуд рассеяния (удобно визуализируемых на диаграммах Аргана), (2) отражение интерференции и модовой структуры внутри крошечных устройств в локальных плотностях и характеристиках резонанса Фано, и (3) возможность выражения физически измеренного локального времени — полученного с помощью часов ларморовского типа — через те же фазовые величины рассеяния.

Плотность состояний, локальное время и ларморовские часы

На основе этой связи между фазой, плотностью и часами авторы сообщают об удивительной математической возможности: LPDOS для определенных парциальных каналов может становиться отрицательной. В их трактовке отрицательная LPDOS — это не артефакт, который следует отбросить, а физический сигнал: в механических часах она соответствует локальному времени, которое расширяется или смещается таким образом, который они уподобляют релятивистскому собственному времени. Объединяя эти идеи, статья утверждает логический путь от локальной, измеряемой фазы и плотности к детерминированным результатам измерений и к формальной возможности «путешествий во времени» внутри мезоскопической области.

Это далеко от причинно-следственных парадоксов и общих релятивистских конструкций, обычно ассоциируемых с «путешествиями во времени». Препринт предлагает формальное отображение: локальные квантовые фазы и плотности могут быть организованы таким образом, что моделируемая часовая переменная демонстрирует контринтуитивные временные сдвиги. Подразумевает ли такой сдвиг обратную причинность, нарушение глобальной причинности или какую-либо способность отправлять информацию в прошлое, в статье не показано, и не очевидно, что операционально определенное авторами локальное время подчиняется тем же ограничениям, что и релятивистское собственное время при взаимодействии с остальной физикой.

Концептуальные пробелы и более широкий контекст

Статья затрагивает две глубокие и различные проблемы — проблему измерения в квантовой механике и примирение квантовой теории с теорией относительности — и предлагает в качестве моста единую локальную величину, LPDOS. Обе темы старше самого подхода Ландауэра и привлекли множество конкурирующих точек зрения: теорию декогеренции, модели спонтанного коллапса, бомовскую механику и многомировые интерпретации, и это лишь некоторые из них. Локальная скрытая переменная, воспроизводящая всю квантовую статистику, должна столкнуться с теоремой Белла и экспериментально наблюдаемыми нелокальными корреляциями. В рукописи не приводится полного объяснения того, как ее локально определенные парциальные состояния будут воспроизводить нарушения неравенств Белла или как они взаимодействуют с запутанностью за пределами сценариев транспорта в одном устройстве.

Что касается времени и причинности, современная физика относится к операционально определенным часам с осторожностью: собственное время в теории относительности привязано к мировым линиям в искривленном пространстве-времени, а квантовые часы в малых системах подвержены декогеренции, тепловой связи и обратному воздействию измерений. Демонстрация того, что показания малых механических часов могут быть отрицательными в конкретной формальной конструкции, не приравнивается автоматически к возможности изменять глобальный причинно-следственный порядок или создавать склонные к парадоксам замкнутые времениподобные кривые. Препринт устанавливает формальную и интригующую связь, но для перехода от такой идеи к физическим путешествиям во времени потребуются несколько дополнительных нетривиальных шагов и преодоление известных ограничений, связанных с законами сохранения и термодинамикой.

Как можно проверить это утверждение

Однако экспериментальное подтверждение локальных отрицательных плотностей — это не то же самое, что подтверждение любой формы макроскопических путешествий во времени. Даже если лаборатории зафиксируют отрицательные парциальные плотности и связанные с ними аномальные сигналы часов, сообщество задаст вопрос: можно ли использовать эти эффекты для отправки информации назад во времени, или они всегда сопровождаются компенсирующими процессами, сохраняющими общую причинность? Разработка экспериментов по исследованию аспекта информационного потока будет иметь важное значение, если данное утверждение претендует на нечто большее, чем провокационная математика.

Почему это важно — и как воспринимать экстраординарные заявления

Статья ценна независимо от ее окончательного результата. Она заставляет обратить внимание на то, как локальные, чувствительные к фазе транспортные величины соотносятся с операционально определенными часами и с загадкой измерения в квантовой механике. Такое взаимообогащение идей может стимулировать конкретные эксперименты в области мезоскопической физики, и даже скромные эмпирические результаты — воспроизводимая отрицательная парциальная плотность или неожиданная сигнатура ларморовских часов — стали бы важным вкладом.

В то же время экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств. Прыжок от локальных фазовых эффектов и показаний часов внутри наноструктуры к утверждениям о путешествиях во времени и объединении с теорией относительности требует тщательной концептуальной работы, сопоставления с ограничениями типа белловских и экспериментов, проверяющих причинность и передачу информации, а не только локальные плотности. В ближайшие месяцы и годы теоретики, вероятно, будут тщательно проверять математические выкладки, а экспериментаторы — пытаться изолировать предсказанные сигналы в лаборатории. Именно так физика превращает смелые идеи в общепризнанную науку или отбрасывает их как несостоятельные модели — и оба исхода продвигают наше понимание.

Sources