Негативний час: квантові фізики виявили щось схоже на подорож у часі

Квантові фізики знайомі з, на перший погляд, безглуздими явищами. Наприклад, атоми і молекули іноді поводяться як частинки, а іноді як хвилі. Частинки можуть бути пов'язаними між собою навіть на дуже великих відстанях за допомогою квантової заплутаності. Також квантові об'єкти можуть відокремлюватися від своїх властивостей. Тепер же фізики виявили ще одне загадкове явище: негативний час. Автори дослідження, опублікованого на сервері препринтів arXiv, виявили, що фотони, частинки світла, можуть витрачати негативну кількість часу, коли проходять через хмару охолоджених атомів. Іншими словами, фотони можуть виходити з хмари атомів, перш ніж увійти в неї, пише Futurism.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Дивне квантове явище

Квантові фізики спостерігали дивну часову поведінку внаслідок того, що відомо, як збудження атомів. Коли фотони прямували в хмару атомів, вони, здавалося, виходили з неї, перш ніж увійти туди.

За словами фізиків, негативна затримка часу може здатися парадоксальною, але вона означає, що якщо створити "квантовий" годинник для вимірювання того, скільки часу атоми проводять у збудженому стані, то за певних обставин стрілка годинника рухатиметься назад, а не вперед.

Частинки світла, тобто фотони, не мають маси і їх можуть поглинати атоми, через які проходять ці частинки. Коли це відбувається, енергія, яку несуть фотони, змушує електрони атомів переходити у вищий енергетичний стан. Це і є збудження атомів.

Але в атомів може відбуватися зворотне збудження, коли електрони повертаються у вихідний енергетичний стан. Це відбувається, зокрема через те, що енергія повторно випромінюється у вигляді фотонів. Для спостерігача це виглядає так, ніби світло, що пройшло через хмару атомів, було затримано.

За словами фізиків, вони були здивовані тим, що не було точного розуміння того, що насправді сталося з окремим фотоном під час цієї затримки. Тому вчені провели серію експериментів.

Від'ємний час

Під час експериментів фотони пролітали через хмару атомів за температур, близьких до абсолютного нуля. І саме в цей час сталося щось дивне. У тих випадках, коли фотони проходили через атоми і не поглиналися ними, ультрахолодні атоми все ще були збуджені протягом точної кількості часу, ніби вони поглинали фотони. І навпаки, у тих випадках, коли фотони поглинали атоми, частинки світла випромінювалися без затримки або до того, як ультрахолодні атоми мали зворотне збудження.

Насправді жодні закони фізики в цьому випадку порушені не були. Сталося те, що фотони якимось чином перемістилися через хмару атомів швидше, коли вони збуджували атоми, або, інакше кажучи, коли вони мали поглинатися ними, ніж коли атоми залишалися в незачепленому стані. Оскільки фотони не несуть інформації, причинно-наслідковий зв'язок залишається незмінним, пояснюють фізики.

Але невизначеності, які присутні на квантовому рівні, призводять до заплутування всього процесу. А саме, явище суперпозиції, за якого квантові частинки, такі як фотони, можуть перебувати у двох різних станах одночасно. Для детектора, який вимірює, коли фотони входять і виходять із хмари атомів, це означає, що фотони можуть виробляти як позитивне, так і негативне значення і, отже, негативний час.

Нові експерименти не змінюють нашого розуміння часу, кажуть фізики. Але результати припускають, що, принаймні, в галузі оптики негативний час має більше фізичне значення, ніж зазвичай вважається.

Як уже писав Фокус, нові дані спостережень за космосом надали більше доказів того, що так звана проблема Габбла тільки посилилася. За допомогою космічного телескопа Вебб астрономи отримали нові докази того, що зі стандартною космологічною моделлю Всесвіту щось не так.

Також Фокус писав про те, що вчені під час експериментів на прискорювачі частинок у ЦЕРН виявили натяк на абсолютно нову фізику. Було зафіксовано надзвичайно рідкісний розпад субатомних частинок, який відбувається тільки один раз на десять мільярдів випадків.