เคยรู้สึกไหมว่า บางทีก็อยากเดินทางย้อนเวลากลับไปในอดีตเพื่อเปลี่ยนแปลงอะไรบางอย่าง?
แนวคิดเรื่อง ‘การย้อนเวลา’ ถูกนำมาเป็นแรงบันดาลใจในการสร้างบทละครและภาพยนตร์หลายเรื่อง หลายคนจะคุ้นเคยกับ time machine ในรูปแบบตู้โทรศัพท์สีน้ำเงินในเรื่อง Doctor Who หรือการใช้ฟ้าผ่าเพื่อกระตุ้นการเปิดห้วงมิติในเรื่อง Back to the Future อย่างไรก็ตาม แนวคิดการย้อนเวลามักถูกโต้แย้งถึงประเด็นความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นจริง
Doctor Who | BBC America
Back to the Future | IMDb
ตัวอย่างหนึ่งที่คนนิยมยกขึ้นมาคือ “การย้อนเวลาฆ่าคุณปู่” หรือ grandfather paradox นั่นคือ ถ้าเราเดินทางย้อนเวลากลับไปทำให้คุณปู่เสียชีวิตก่อนที่คุณปู่จะมีลูก จะทำให้คุณพ่อและตัวเราไม่สามารถเกิดมาได้ และถ้าเราไม่สามารถเกิดมาได้ เราก็จะไม่สามารถย้อนเวลากลับไปทำให้คุณปู่เสียชีวิตได้ เรื่องนี้ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ในปัจจุบันว่า การเดินทางข้ามเวลาจะสามารถเกิดขึ้นจริงได้หรือไม่
ที่น่าสนใจคือในโลกของควอนตัม นักวิทยาศาสตร์พิสูจน์แล้วว่าการย้อนเวลาของวัตถุเล็กๆ อย่างอะตอมนั้นสามารถเป็นไปได้ โดยมีการศึกษาสองแบบ ขึ้นอยู่กับว่าเรารู้สถานะตั้งต้นของระบบหรือไม่
ถ้ารู้สถานะตั้งต้น การย้อนเวลาสามารถทำได้โดยการปรับพลังงานรวมของวัตถุ โดยใส่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไป เพื่อให้ระบบที่ดำเนินไปตามเวลา ได้ย้อนกลับไปยังสถานะเริ่มต้นที่ทราบค่า วิธีนี้ถูกทำให้เกิดขึ้นแล้วในห้องปฏิบัติการ
ในปี 2019 ทาง IBM ได้สร้างอัลกอริทึมในควอนตัมคอมพิวเตอร์เพื่อแสดงปรากฏการณ์ดังกล่าว
อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ยังไม่น่าแปลกใจเท่าไหร่นัก เปรียบเทียบได้กับการขับรถไปข้างหน้าแล้วเปลี่ยนเกียร์รถเพื่อถอยรถย้อนกลับตามเส้นทางเดิมด้วยความเร็วเท่ากับตอนไปข้างหน้าทุกประการ เพื่อให้รถกลับไปจอดที่เดิม
ควอนตัมคอมพิวเตอร์ของ IBM | engadget.com
วิธีที่สองซึ่งน่าตื่นเต้นและซับซ้อนกว่า คือการย้อนเวลาโดยไม่ทราบสถานะตั้งต้นของวัตถุ วิธีนี้ทำได้โดยการเตรียมระบบทางควอนตัมในสถานะใดๆ ก็ได้จำนวน 2 ชุดที่เหมือนกับทุกประการ แล้วเชื่อมทั้ง 2 ชุดเข้ากับแหล่งความร้อน จากนั้นนำแหล่งความร้อนออกแล้วเอาวัตถุมาผ่านกระบวนการที่เรียกว่า SWAP operation แล้วเชื่อมระบบทั้งคู่เข้ากับแหล่งความร้อนอีกครั้ง เมื่อทำวิธีนี้ซ้ำไปซ้ำมา ในที่สุดระบบก็จะดำเนินกลับเข้าสู่สถานะเริ่มต้น
เพื่อให้ผู้อ่านเห็นภาพ เราอาจเปรียบเทียบระบบนี้กับการที่ถ้าเรามีน้ำแข็ง 2 ก้อนที่เหมือนกันทุกประการในกล่องปิด เมื่อปล่อยให้น้ำแข็งทั้งคู่ละลายก่อนส่งต่อให้นักวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์จะรู้แค่ว่าในกล่องปิดสองกล่องมีน้ำปริมาณเท่ากัน แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์นำกล่องทั้งคู่เข้าสู่กระบวนการย้อนเวลาดังกล่าว ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์จะสามารถทำให้น้ำในกล่องทั้งคู่จะกลับกลายเป็นน้ำแข็งรูปร่างเหมือนเดิมทุกประการ เสมือนเครื่องย้อนเวลาในภาพยนตร์เรื่อง TENET
TENET | engadget.com
อย่างไรก็ดี ความยากของวิธีนี้คือการจะสร้างระบบที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดความร้อนที่เหมาะสม ทฤษฎีนี้ในปัจจุบันยังไม่มีการทดลองจริงมารองรับ แต่ทั้งนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังมีแผนจะสร้างระบบทางควอนตัมเพื่อศึกษาเรื่องดังกล่าวต่อไป
หลายคนอาจมีคำถามว่าเราจะสนใจเรื่องการย้อนเวลาในทางควอนตัมไปทำไม?
ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดคือ การศึกษาระบบความอลวนเชิงควอนตัม (Quantum Chaos) หลายคนเคยได้ยินคำกล่าวว่า “เด็ดดอกไม้สะเทือนถึงดวงดาว” หรือ “ปรากฏการณ์ผีเสื้อขยับปีก” ที่ระบุถึงพฤติกรรมที่เปลี่ยนไปของระบบอันเกิดจากเงื่อนไขเริ่มต้น ซึ่งการย้อนเวลาทางควอนตัมจะสามารถทำให้เราเข้าใจถึงที่มาของปรากฏการณ์อลวนที่เกิดขึ้นในระบบทางควอนตัมได้
นอกจากนี้ ความรู้ดังกล่าวยังนำไปศึกษาการเปลี่ยนสถานะเชิงควอนตัมของสสาร นำไปใช้พัฒนาระบบเซ็นเซอร์สำหรับตรวจวัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าให้มีความแม่นยำมากยิ่งขึ้น ซึ่งจะมีประโยชน์ต่อเครื่องมือวัดที่ใช้ในวงการแพทย์และวงการอุตสาหกรรม ตลอดจนถึงการเพิ่มเสถียรภาพของควอนตัมคอมพิวเตอร์ สำหรับการคำนวณที่ซับซ้อนหรือการแก้ปัญหาซึ่งคอมพิวเตอร์ธรรมดาไม่สามารถทำได้โดยง่าย เช่น การจำลองปฏิกิริยาเคมีอันซับซ้อนเพื่อพัฒนายารักษาโรคใหม่ๆ ต่อไป
การย้อนเวลาจึงไม่ใช่แค่เรื่องเฟ้อฝันของมนุษย์ แต่เป็นหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่อาจทำให้โลกไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป
อ้างอิง
- Lebedev, A.V., Vinokur, V.M. Time-reversal of an unknown quantum state. Commun Phys 3, 129 (2020). https://bit.ly/36GMJ8Y
- Lesovik, G.B., Sadovskyy, I.A., Suslov, M.V. et al. Arrow of time and its reversal on the IBM quantum computer. Sci Rep 9, 4396 (2019). https://bit.ly/3g7Feeu
- Moscow Institute of Physics and Technology, Thermal chaos returns quantum system to its unknown past, https://bit.ly/33HP2Hb
- Thamarasee Jeewandara, Time-reversal of an unknown quantum state, https://bit.ly/33Ikc1a
- Hengyun Zhou, Joonhee Choi, et. al, Quantum metrology with strongly interacting spin systems, Physical Review X 10, 031003 (2020). https://bit.ly/2VAu0G7
- Neil Savage, Google’s Quantum Computer Achieves Chemistry Milestone, https://bit.ly/3g7gnrl