ปฏิบัติการ “ย้อนศรแห่งเวลา” ในภาพยนตร์เรื่อง TENET ที่กำลังเข้าฉายอยู่ในโรงภาพยนตร์​เวลานี้นั้น เป็นไปได้ว่าได้แรงบันดาลใจ​มาจากการสาธิตวิธีของนักฟิสิกส์​เมื่อปลายปี 2560

ความท้าทายอย่างหนึ่งในโลกของฟิสิกส์คือการเข้าใจธรรมชาติของเวลา ในโลกระดับอนุภาคนั้นกฎทางฟิสิกส์มีความสมมาตรและทำงานได้ดีไม่ว่าเวลาจะเดินไปข้างหน้าหรือถอยหลัง แต่ในระดับมหภาค กระบวนการทั้งหมดต้องเป็นไปในทิศทางเดียว ไม่เคยย้อนกลับ อาเธอร์ เอ็ดดิงตัน นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่เรียกสิ่งนี้ว่า “ลูกศรแห่งกาลเวลา”

ถ้าถามว่า เหตุใดลูกศรแห่งกาลเวลานี้จึงชี้ไปในทิศทางเดียว ไม่มีทางย้อนกลับ หนึ่งในคำตอบแบบมาตรฐาน​ของนักฟิสิกส์​ก็คือ ลูกศรแห่งเวลานั้น เป็นไปตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ “เอนโทรปีนั้นจะเพิ่มขึ้นเสมอในระบบปิดไม่มีทางลดลง’

นั่นคือที่มาของเหตุ​ผลที่ว่าทำไมเกล็ดหิมะที่สวยงามเมื่อละลายเป็นน้ำแล้วไม่อาจย้อนกลับไปเป็นเกล็ดดังเดิมได้ ทำไมเราไม่อาจทำให้ไข่คนแยกกลับไปเป็นไข่ขาวและไข่แดงที่สมบูรณ์ดังเดิมได้ และทำไมกาแฟร้อนในแก้วถึงทำให้มือคุณร้อนแต่คุณทำย้อนกลับไม่ได้

แต่จะเป็นอย่างไรถ้าเราหาทางทำให้เอนโทรปีลดลงได้ นั่นหมายถึงเราสามารถย้อนศรเวลาได้ใช่ไหม

หากเรามองย้อนกลับไปที่จุดเริ่มต้นของจักรวาล สภาวะเริ่มต้นนั้น เป็นสิ่งที่อธิบายไม่ได้ จักรวาลยุคแรกเต็มไปด้วยความร้อนที่กระจายตัวอย่างเท่าเทียมและทุกอย่างหยุดนิ่ง นั่นคือสภาวะของการมีค่าเอนโทรปีต่ำภายใต้แรงโน้มถ่วง ไม่ว่าเหตุผลใดเหตุผลหนึ่ง ค่าเอนโทรปีก็เริ่มเพิ่มขึ้น และลูกศรแห่งเวลาก็เริ่มพุ่งออกมาตั้งแต่เวลานั้นไม่เคยย้อนกลับอีกเลย

จะเป็นอย่างไรหากเราสามารถจำลองสภาวะเริ่มต้นแบบนั้นขึ้นมาบนโลกใบนี้ นั่นคือการทำให้ลูกศรแห่งเวลาย้อนกลับตั้งแต่ต้น

เมื่อปลายปี 2560 ทีมงานของ Kaonan Micadei จาก Federal University of ABC ในบราซิลได้ทำการทดลองเพื่อทำให้เห็นว่าเราสามารถทำให้พลังงานไหลกลับเจากอุณหภูมิ​ต่ำไปหาอุณหภูมิ​สูงได้ ถือเป็นการฝืนกฎเทอร์โมไดนามิกส์และหมายถึงการทำให้เอนโทรปีมีค่าลดลงหรือลูกศรเวลาย้อนกลับนั่นเอง

ตัวช่วยสำคัญที่จะทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ได้คือความพัวพันเชิงควอนตัม หรือ “ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์” (Quantum entanglement) โดยอาศัยหลักที่ว่าสปิน (Spin) ของคู่อนุภาคที่ถูกจัดให้พัวพันกันนั้นจะมีผลรวมเป็นศูนย์ หมายถึงหากสปินของอนุภาคแรกหมุนไปในทิศทางหนึ่ง สปินของคู่อนุภาคที่พัวพันกันของมันจะหมุนไปในทิศทางตรงข้ามเสมอ

ทีมงานได้เตรียมอนุภาคสำหรับการทดลองงานนี้โดยสารประกอบ CHCl3 ซึ่งก็คือน้ำยาล้างเล็บหรืออาซิโทนที่โมเลกุลของมัน ประกอบด้วยคาร์บอนหนึ่งอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอม และคลอรีน 3 อะตอม​ จากนั้นการจัดเรียงนิวเคลียสของอะตอมโดยใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงให้สัมผัสกันเพื่อให้ถ่ายเทพลังความร้อนไปมาระหว่าง​กันได้ แล้วใช้พัลซ์วิทยุ ในการพลิกสปินเพื่อจัดให้เกิดความความพัวพันเชิงควอนตัมระหว่างนิเคลียสของอะตอมคาร์บอนและนิวเคลียส​ของอะตอมไฮโดรเจนขึ้นมา

จากนั้นทีมวิจัยเริ่มให้ความร้อนในนิวเคลียส​โดยใช้ nuclear magnetic resonance ซึ่งเมื่อนิวเคลียสหนึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าอีกนิวเคลียสหนึ่ง ความร้อนก็จะไหลไปหานิวเคลียสที่มีอุณหภูมิ​ต่ำกว่าโดยธรรมชาติ และทันใด ทีมวิจัยของ Kaonan Micadei ก็ได้พบปรากฏการณ์​ที่ไม่น่าเชื่อ​ นั่นคือความร้อนในคู่นิวเคลียสที่ถูกจัดให้เกิดความพัวพันเชิงควอนตัม หรือ “ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์” (Quantum entanglement) เอาไว้ตอนแรกนั้น ไหลจากนิวเคลียส​ที่มี อุณหภูมิต่ำกว่าไปหานิวเคลียสที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ซึ่งก็คือลักษณะของเอนโทรปีที่ลดลง หรือการย้อนศรแห่งเวลานั่นเอง

” การทดลองของเราเป็นเหมือนการจำลองสภาวะเริ่มต้นของจักรวาลที่ไหลไปในทิศทางตรงข้าม” ทีมวิจัยกล่าว

จุดสำคัญของการทดลองนี้คือสภาวะการย้อนกลับสามารถเกิดในสเกลที่ใหญ่กว่าระบบเชิงจุลภาค เนื่องจาก nuclear magnetic resonance​ สามารถทำงานในกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่ ดังนั้น การลดลงของเอนโทรปีก็อาจเกิดในระดับมหภาค​ได้ด้วย และนั่นอาจเป็นจุดเริ่มต้นแนวคิดที่จะต่อยอดออกไปได้อีกหลากหลาย รวมทั้งอาจเป็นที่มาของภาพยนตร์​เรื่อง TENET ในเวลานี้

ที่มา https://www.technologyreview.com/2017/12/22/241505/physicists-demonstrate-how-to-reverse-of-the-arrow-of-time/​

อ้างอิง https://arxiv.org/abs/1711.03323

เรียบเรียง​โดย​ @MrVop