Квантовая механика — это область науки, где нет ничего нормального и привычного нам, простым смертным. Все, что происходит на микроуровне, кажется, подрывает основы нашего привычного понимания реальности. Тем не менее ученые продолжают пытаться понять устройство мира на его самом фундаментальном уровне.
Эти самые ученые, которые, определенно, гордятся тем, что имеют возможность заглянуть в «жуткую бездну непознанного», только что открыли еще одно загадочное явление, которое получило название «отрицательное время». Об этом сообщается в исследовании, которое еще не прошло экспертную оценку.
Что такое «отрицательное время»?
Физик Джозайя Синклер из Университета Торонто, чьи ранние эксперименты легли в основу нового исследования, объясняет:
«Если бы вы создали «квантовые» часы для измерения времени, которое атомы проводят в возбужденном состоянии, стрелка часов при определенных обстоятельствах двигалась бы назад, а не вперед».
Эксперимент, который изменил все
Исследователи провели серию сложных экспериментов, чтобы понять, как фотоны (частицы света) взаимодействуют с атомами. Вот что они сделали и обнаружили:
Подготовка:
- Создали облако атомов, охлажденных почти до абсолютного нуля (-273,15°C).
- Приготовили источник фотонов (импульсы света).
Первое наблюдение:
- Пропустили фотоны через облако атомов.
- Иногда фотоны проходили насквозь, не поглощаясь.
- Но даже в этих случаях атомы возбуждались, как будто поглотили фотоны. Это странно, потому что обычно атомы возбуждаются только при поглощении фотонов.
Второе наблюдение:
- В случаях, когда фотоны поглощались атомами, произошло нечто еще более удивительное.
- Обычно атомы некоторое время остаются возбужденными, прежде чем вернуться в нормальное состояние и переизлучить энергию в виде фотонов. Но в этом эксперименте фотоны как будто «выпрыгивали» из атомов мгновенно, не давая атомам времени на переизлучение.
- Для наблюдателя это выглядит так, как будто свет, прошедший через среду, был на некоторое время задержан.
Почему это удивительно?
Фотоны каким-то образом проходили через облако атомов быстрее, когда они возбуждали атомы, чем когда атомы оставались незатронутыми. Это противоречит нашему обычному пониманию того, как свет взаимодействует с веществом.
Что это значит?
- Законы физики не нарушаются, но наше понимание времени на квантовом уровне меняется.
- Явление суперпозиции (когда квантовые системы могут существовать во всех возможных состояниях одновременно, пока не произведено измерение) играет ключевую роль в этом феномене. Это приводит к тому, что фотоны могут давать как положительные, так и отрицательные значения при измерении времени.
- Отрицательное время может иметь большее значение в квантовой оптике, чем считалось ранее.
- Важно отметить, что фотоны не несут информации, поэтому причинно-следственные связи остаются нетронутыми.
Это открытие может привести к новым прорывам в области квантовых вычислений и коммуникаций, а также углубить наше понимание фундаментальных принципов Вселенной.
