«Негативний час» існує, але чи можна переміщатися в часі: фізики знайшли відповідь
“Негативний час” існує, але чи можна переміщатися в часі: фізики знайшли відповідь | Фото: interestingengineering.com
Фізики виміряли “негативний час” у лабораторії. Отримані результати підтверджують раніше відкинуті дані.
Виявляється, квантові частинки можуть поводитися дуже дивним чином. Час їхнього прибуття вказує на те, що вони перебували разом з іншими частинками протягом негативного проміжку часу. Невже це означає, що подорож у часі можлива? Фізики дають відповідь, пише Фокус .
Поведінка фотонів в атомах
У новому експерименті фізики використовували фотони, тобто квантові частинки світла, які переміщалися через хмару атомів рубідію для перевірки давнього експерименту з “негативним часом”. Атоми рубідію перебувають у резонансі з фотонами, тобто енергія фотона може тимчасово передаватися атомам у вигляді атомного збудження. Це дозволяє фотону перебувати в хмарі атомів деякий час, перш ніж він вийде з неї. Для того щоб цей резонанс був ефективний, фотон повинен мати певну енергію, що відповідає енергії, необхідній для переведення атома рубідію в збуджений стан.
Але, згідно з принципом невизначеності Гейзенберга, якщо енергія фотона визначена, то час його появи має бути невизначеним. Імпульс світла, яким є фотон, повинен мати велику тривалість. Це означає, що не можна точно знати, коли фотон входить у хмару атомів, але можна дізнатися середній час його входу.
Від’ємний час
Якщо фотон спрямований у хмару атомів, то найімовірніше, що його енергія буде передана атомам, а потім фотон розсіється і не вийде назовні. Але якщо фотон все ж проходить наскрізь, відбувається щось дивне. Виходячи із середнього часу входу фотона в хмару атомів, можна розрахувати очікуваний середній час його прибуття на дальній бік хмари, коли він рухається зі швидкістю світла. Виявляється, фотон прибуває набагато раніше. Фактично, він прибуває настільки рано, що, мабуть, проводить усередині хмари від’ємну кількість часу, щоб вийти з хмари до того, як увійти в неї.
Це явище вперше було виявлено ще 1993 року, але фізики здебільшого вирішили не сприймати цей негативний час усерйоз. Це пояснюється тим, що тільки самий передній край імпульсу світла великої тривалості проходить прямо крізь хмару атомів, тоді як інша частина світла розсіюється. Це призводить до того, що не розсіяний фотон прибуває раніше, ніж можна було б очікувати. Вчені вважали, що негативний час є артефактом вимірювань.
Автори нового дослідження кажуть, що для підтвердження негативного часу потрібно проводити безперервний вимір атомів під час проходження фотона через хмару атомів, щоб з’ясувати, чи перебуває енергія фотона в даний момент там. Але вимірювання у квантовій фізиці неминуче спотворюють вимірювану систему. Якби можна було точно виміряти, чи перебуває фотон в атомах у кожний момент часу, то в такий спосіб взаємодія атомів із фотоном була б унеможливлена.
Невже подорож у часі можлива?
Замість цього фізики вирішили провести неточне, але все ж дуже точно налаштоване вимірювання. Вони направили лазерний промінь, не пов’язаний з одиночним фотонним імпульсом, через хмару атомів і виміряли невеликі зміни фази світла в промені, щоб перевірити, чи були атоми збуджені.
Будь-який окремий запуск експерименту дає лише приблизне уявлення про те, чи перебував фотон в атомах, але середні результати мільйонів запусків дають точний час перебування фотона в атомах.
Виявилося, що час перебування, коли фотон проходить прямо крізь хмару атомів, точно дорівнює від’ємному часу, передбачуваному середнім часом приходу фотонів у хмару атомів. До цього експерименту ніхто не підозрював, що ці два часи, виміряні абсолютно різними способами, будуть рівними.
Невже це означає, що подорож у часі можлива? На жаль, ні, кажуть учені. Результати експерименту повністю пояснюються стандартною фізикою. Але експеримент показав, що негативний час не є артефактом вимірів і справді існує.
Як уже писав Фокус, під час експерименту з вуглецевим матеріалом у магнітному полі фізики виявили новий спосіб руху електронів, який не повністю відповідає двом або трьом просторовим вимірам.