Квантові фізики знайшли докази «негативного часу»

Вчені давно знають, що іноді може здатися, що світло виходить з матеріалу перед тим, як увійти в нього – ефект відкидають як ілюзію, спричинену тим, як хвилі спотворюються матерією. Тепер дослідники з Університету Торонто за допомогою інноваційних квантових експериментів кажуть, що вони продемонстрували, що «негативний час» — це не просто теоретична ідея — він існує в матеріальному, фізичному сенсі, що заслуговує на більш пильне вивчення.

Висновки, які ще не були опубліковані в рецензованому журналі, привернули як світову увагу, так і скептицизм. Дослідники підкреслюють, що ці незрозумілі результати підкреслюють особливу примху квантової механіки, а не радикальні зміни в нашому розумінні часу.

«Це важка річ, навіть для нас, щоб говорити про це з іншими фізиками. Нас весь час неправильно розуміють», — сказав Ефраїм Штайнберг, професор Університету Торонто, який спеціалізується на експериментальній квантовій фізиці.

Хоча термін «негативний час» може звучати як концепція, взята з наукової фантастики, Стейнберг захищає його використання, сподіваючись, що він розпалить глибші дискусії про таємниці квантової фізики.

Лазерні експерименти

Багато років тому команда почала досліджувати взаємодію між світлом і матерією. Коли частинки світла або фотони проходять крізь атоми, деякі з них поглинаються атомами, а потім знову випромінюються. Ця взаємодія змінює атоми, тимчасово переводячи їх у стан з вищою енергією або «збуджений», перш ніж вони повернуться до нормального стану.

У дослідженні під керівництвом Даніели Ангуло команда вирішила виміряти, як довго ці атоми залишалися у своєму збудженому стані. «Цей час виявився від’ємним», — пояснив Стейнберг, маючи на увазі тривалість, меншу за нуль.

Щоб візуалізувати цю концепцію, уявіть, що автомобілі в’їжджають у тунель: перед експериментом фізики визнали, що хоча середній час входу тисячі автомобілів може бути, наприклад, опівдні, перші автомобілі можуть виїхати трохи раніше, скажімо, об 11:59 ранку. Цей результат раніше було відхилено як безглуздий. Те, що продемонстрували Анґуло та його колеги, було схоже на вимірювання рівня чадного газу в тунелі після того, як з’явилися перші кілька автомобілів і виявили, що перед ними показання мають знак мінус.

Відносність незмінна

На оптимізацію експериментів, проведених у захаращеній підвальній лабораторії, заповненій дротами та обмотаними алюмінієм пристроями, знадобилося понад два роки. Використовувані лазери необхідно було ретельно відкалібрувати, щоб уникнути спотворення результатів.

Тим не менш, Стейнберг і Ангуло швидко пояснюють: ніхто не стверджує, що подорожі в часі можливі. «Ми не хочемо говорити, що щось подорожувало назад у часі», — сказав Стейнберг. «Це неправильне тлумачення».

Пояснення лежить у квантовій механіці, де частки, такі як фотони, поводяться нечітким, ймовірнісним чином, а не за суворими правилами. Замість дотримання фіксованого графіку поглинання та повторного випромінювання, ці взаємодії відбуваються в діапазоні можливих тривалостей – деякі з яких суперечать повсякденній інтуїції. Важливо, кажуть дослідники, що це не порушує теорію спеціальної відносності Ейнштейна, яка наказує, що ніщо не може подорожувати швидше за світло. Ці фотони не несли інформації, обходячи будь-які космічні обмеження швидкості.

Розбійне відкриття

Концепція «негативного часу» викликала як захоплення, так і скептицизм, особливо у видатних голосів у науковому співтоваристві. Німецький фізик-теоретик Сабіна Хоссенфельдер, наприклад, розкритикувала роботу у відео на YouTube, яке переглянули понад 250 000 людей, зазначивши: «Негативний час у цьому експерименті не має нічого спільного з плином часу – це просто спосіб описати, як подорожують фотони. через середовище і як зміщуються їхні фази».

Ангуло та Стейнберг відповіли, стверджуючи, що їхні дослідження усувають ключові прогалини в розумінні того, чому світло не завжди рухається з постійною швидкістю. Штайнберг визнав суперечки навколо провокаційного заголовка їх статті, але зазначив, що жоден серйозний вчений не оскаржив результати експериментів.

«Ми зробили свій вибір щодо того, що, на нашу думку, є плідним способом опису результатів», — сказав він, додавши, що хоча практичне застосування залишається невловимим, відкриття відкривають нові шляхи для дослідження квантових явищ. «Скажу чесно, зараз у мене немає шляху від того, що ми розглядали, до програм», — зізнався він. «Ми збираємося продовжувати думати про це, але я не хочу викликати в людей надії».