En ny teknik för kvantberäkning skulle kunna öppna hela modellen för hur tiden rör sig i universum.
Här är vad som länge verkade vara sant: Tiden fungerar i en riktning. Den andra riktningen? Inte så mycket.
Det är sant i livet. (Tisdagen går in på onsdagen 2018 till 2019, ungdomar till ålderdom.) Och det är sant i en klassisk dator. Vad betyder det? Det är mycket lättare för lite mjukvara som körs på din bärbara dator att förutsäga hur ett komplext system kommer att röra sig och utvecklas i framtiden än det är att återskapa sitt förflutna. En egenskap hos universum som teoretiker kallar "kausal asymmetri" kräver att det krävs mycket mer information - och mycket mer komplexa beräkningar - för att röra sig i en riktning genom tiden än för att röra sig i den andra. (Praktiskt taget är det lättare att gå framåt i tiden.)
Detta har verkliga konsekvenser. Meteorologer kan göra ett ganska bra jobb med att förutsäga om det kommer att regna om fem dagar baserat på dagens väderradardata. Men be samma meteorologer att ta reda på om det regnade för fem dagar sedan med dagens radarbilder? Det är en mycket mer utmanande uppgift som kräver mycket mer data och mycket större datorer.
Informationsteoretiker misstänkte under lång tid att kausal asymmetri kan vara ett grundläggande inslag i universum. Så länge sedan 1927 hävdade fysikern Arthur Eddington att denna asymmetri är anledningen till att vi bara går framåt genom tiden och aldrig bakåt. Om du förstår universum som en gigantisk dator som hela tiden beräknar sig igenom tiden är det alltid lättare - mindre resurskrävande - för saker att flyta framåt (orsak, effekt sedan) än bakåt (effekt, sedan orsak). Denna idé kallas "tidens pil."
Men en ny artikel, som publicerades 18 juli i tidskriften Physical Review X, öppnar dörren till möjligheten att den pilen är en artefakt av beräkningen i klassisk stil - något som vi bara tyckte vara fallet på grund av våra begränsade verktyg.
Ett team av forskare fann att kausal asymmetri under vissa omständigheter försvinner i kvantdatorer, som beräknar på ett helt annat sätt - till skillnad från klassiska datorer där information lagras i en av två tillstånd (1 eller 0), med kvantdatorer, lagras information i subatomära partiklar som följer några bisarra regler och så kan var och en vara i mer än ett tillstånd samtidigt. Och, ännu mer lockande, pekar deras papper vägen mot framtida forskning som kan visa kausal asymmetri inte alls finns i universum alls.
Hur är det?
Mycket ordnade och mycket slumpmässiga system är lätta att förutsäga. (Tänk på en pendel - ordnad - eller ett gasmoln som fyller ett rum - ostört.) I det här arbetet tittade forskarna på fysiska system som hade en guldlocksnivå av störning och slumpmässighet - inte för lite och inte för mycket. (Så, något som ett utvecklande vädersystem.) Dessa är mycket svåra för datorer att förstå, sa studiens medförfattare Jayne Thompson, en komplexitetsteoretiker och fysiker som studerar kvantinformation vid National University of Singapore.
Därefter försökte de ta reda på dessa systemers tidpunkter och framtider med hjälp av teoretiska kvantdatorer (inga fysiska datorer inblandade). Inte bara använde dessa modeller av kvantdatorer mindre minne än de klassiska datormodellerna, sa hon, de kunde springa i endera riktningen genom tiden utan att använda upp extra minne. Med andra ord, kvantemodellerna hade ingen kausal asymmetri.
"Även om det klassiskt kan vara omöjligt för processen att gå i en av riktningarna," sa Thompson till Live Science, "våra resultat visar att 'kvantmekaniskt', processen kan gå i endera riktningen med mycket lite minne."
Och om det är sant i en kvantdator, så är det sant i universum, sa hon.
Kvantfysik är studien av de konstiga beteendena för mycket små partiklar - alla mycket små partiklar i universum. Och om kvantefysiken är sant för alla bitar som utgör universum, är det sant för universumet självt, även om vissa av dess mer och mer vackra effekter inte alltid är uppenbara för oss. Så om en kvantdator kan fungera utan kausal asymmetri, så kan universum också.
Att se en serie bevis om hur kvantdatorer en dag kommer att fungera är naturligtvis inte samma sak som att se effekten i den verkliga världen. Men vi är fortfarande långt borta från kvantdatorer som är avancerade nog för att köra den typ av modeller som detta papper beskriver, sa de.
Thompson sade dessutom att denna forskning inte bevisar att det inte finns någon kausal asymmetri någonstans i universum. Hon och hennes kollegor visade att det inte finns någon asymmetri i en handfull system. Men det är möjligt, sade hon, att det finns några mycket nakna kvantmodeller där viss kausal asymmetri framträder.
"Jag är agnostiker på den punkten," sa hon.
Tills vidare.
Nästa steg för denna forskning, sa hon, är att svara på den frågan - att ta reda på om kausal asymmetri finns i några kvantmodeller.
Det här dokumentet bevisar inte att tiden inte existerar, eller att vi en dag kan glida bakåt genom den. Men det verkar visa att en av de viktigaste byggstenarna i vår förståelse av tid, orsak och verkan inte alltid fungerar på det sätt som forskare länge har antagit - och kanske inte fungerar så alls. Vad det betyder för tidens form och för oss andra är fortfarande något av en öppen fråga.
Den verkliga praktiska fördelen med detta arbete, sade hon, är att vägen på kvantdatorer enkelt kan köra simuleringar av saker (som vädret) i någon riktning genom tiden, utan allvarliga svårigheter. Det skulle vara en havsförändring från den nuvarande klassiska världen.
