Квантова механіка — це галузь науки, де немає нічого нормального і все, як здається, підриває основи нашого загального розуміння реальності. Проте ми, звичайні люди, рухаємося вперед.
Але квантові фізики, які пишаються тим, що дивляться у прірву і розкривають її моторошні таємниці, щойно відкрили ще один загадковий феномен, який підсмажить ваші мізки: «негативний час».
Як докладно описано в дослідженні, що ще не рецензоване, опублікованому у Scientific American, група дослідників повідомляє, що спостерігала фотони, що демонструють химерну часову поведінку в результаті так званого атомного збудження.
По суті, як пояснює SciAm, сталося таке: коли фотони були направлені в хмару атомів, здавалося, що вони покинули середовище, перш ніж увійти до нього. Повірте: ми в такому ж збентеженні, як і ви.
"Негативна часова затримка може здатися парадоксальною, але вона означає, що якби ви побудували "квантовий" годинник для вимірювання того, скільки часу атоми проводять у збудженому стані, стрілка годинника за певних обставин рухалася б назад, а не вперед", — розповів журналу Джозайя Сінклер з Університету Торонто, чиї ранні експерименти лягли в основу дослідження, але який не брав безпосередньої участі у дослідженні.
Фотони — безмасові частинки, які утворюють те, що ми називаємо видимим світлом, можуть поглинатися атомами, через які вони проходять. Коли це відбувається, енергія, яку вони несуть, змушує електрони атомів переходити до вищого енергетичного стану. Це і є атомне збудження, про яке ми згадували раніше.
Але атоми також можуть зняти збудження, повернувшись в основний стан. Один зі способів, яким це відбувається, полягає в тому, що енергія перевипромінюється у вигляді фотонів. Для спостерігача це виглядає так, ніби світло, що пройшло крізь середовище, затрималося.
За словами дослідників, вони були приголомшені відсутністю «експертного консенсусу» щодо того, що насправді сталося з окремим фотоном під час цієї затримки.
"У той час ми не були впевнені у відповіді й відчували, що на таке просте питання про щось таке фундаментальне має бути легка відповідь", — сказав Сінклер SciAm.
Отже, як і будь-які хороші вчені, вони провели серію експериментів.
У них фотонні імпульси пробивалися крізь хмару атомів за температур, близьких до абсолютного нуля. І ось тут сталися дивні речі: у тих випадках, коли фотони проходили крізь них, не поглинаючись, вони виявили, що ультрахолодні атоми все ще були збуджені протягом точної кількості часу, ніби вони справді їх поглинули.
І навпаки, у випадках, коли фотони були поглинені, вони часом повторно випромінювались без затримки або до того, як ультрахолодні атоми знимали збудження.
Ніякі закони фізики тут не порушуються. Насправді фотони якимось чином переміщаються через хмару атомів швидше, коли вони збуджують атоми (або, іншими словами, коли вони мають бути ними поглинені), ніж коли атоми залишаються незайманими. Оскільки фотони не несуть інформації, причинно-наслідковий зв'язок залишається незмінним, зазначає SciAm.
Але властива невизначеність, притаманна квантовому рівню, заплутує весь процес. А саме, явище суперпозиції, при якому квантові частинки, такі як фотони, можуть бути у двох різних станах одночасно. Для детектора, що вимірює вхід і вихід із середовища, це означає, що фотони можуть давати як позитивне, так і негативне значення. І, отже, негативний час.
Це не змінює нашого розуміння часу, кажуть дослідники. З іншого боку, це передбачає принаймні в області оптики, що негативний час справді має «більшу фізичну значущість, ніж зазвичай заведено вважати» щодо передачі фотонів, пишуть вони у дослідженні.
Джерела: SciAm
