Ujemny czas na celowniku fizyków z Griffith University
Członkowie zespołu badawczego analizowali, jak długo foton przebywa w chmurze atomów, przez którą przelatuje. Kluczowe było zastosowanie słabego pomiaru, techniki pozwalającej badać układy kwantowe bez ich silnego zaburzania. W klasycznym rozumieniu czasu można by oczekiwać, że cząstka potrzebuje dodatniego, określonego czasu, aby pokonać pewien odcinek przestrzeni. Tymczasem wyniki eksperymentu pokazały coś zaskakującego. Po uśrednieniu milionów pomiarów okazało się, że efektywny czas przebywania fotonu w atomowej chmurze może przyjmować wartości ujemne. Co więcej, wynik ten idealnie zgadzał się z inną metodą pomiaru: opartą na średnim czasie dotarcia fotonów do detektora.
Czytaj też: Eksperyment ukazał nowe zjawisko kwantowe. Czym jest długo poszukiwany quadsqueezing?
Szczególnym powodem do zainteresowania uzyskanymi rezultatami jest fakt, że wcześniej nikt nie przypuszczał, iż dwa zupełnie różne sposoby mierzenia czasu w układzie kwantowym mogą prowadzić do identycznego – i tak nieintuicyjnego – efektu. Oczywiście nie twierdzę, że fizycy udowodnili, jakoby cząstki faktycznie mogły cofać się w czasie. Ale potwierdzili inną możliwość: w świecie kwantowym pojęcie czasu nie zawsze zachowuje się zgodnie z naszym codziennym doświadczeniem.
Fizyka kwantowa od dawna podważa intuicyjne rozumienie rzeczywistości. Zjawiska takie jak superpozycja czy splątanie już wcześniej pokazały, że cząstki mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie lub pozostawać ze sobą powiązane na odległość. Teraz dochodzi do tego kolejny element: czas, który w pewnych warunkach może przyjmować wartości pozornie sprzeczne z logiką klasycznej fizyki.
W świecie kwantowym pojęcie czasu nie zawsze zachowuje się zgodnie z naszym codziennym doświadczeniem
Autorzy podkreślają, iż pojedynczy pomiar nie daje jednoznacznej odpowiedzi. Dopiero analiza ogromnej liczby powtórzeń pozwala wydobyć sensowny wynik. To charakterystyczna cecha mechaniki kwantowej, gdzie pojedyncze zdarzenia są losowe, lecz statystyka ujawnia ukryte prawidłowości.
Interpretacja tego ujemnego czasu wiąże się z tym, jak definiujemy moment wejścia i wyjścia cząstki z układu oraz jak mierzymy jej oddziaływanie z materią. W praktyce oznacza to, że foton może wydawać się opuszczać ośrodek wcześniej, niż wynikałoby to z prostego rachunku czasu przelotu. Nie jest to jednak naruszenie zasad przyczynowości ani teorii względności. To raczej efekt złożonej natury pomiarów kwantowych i interferencji falowej.
Szczególnie cieszy mnie to, jak wiele postępów dokonali w ostatnich latach fizycy. Udało im się przeanalizować między innymi ograniczenia prędkości rozchodzenia się informacji czy nietypowe stany materii, które nie mają odpowiedników w świecie makroskopowym. Choć na pierwszy rzut oka może się wydawać, że takie eksperymenty mają wyłącznie teoretyczne znaczenie, to nie dajcie się zwieść. Lepsze zrozumienie czasu w układach kwantowych może wpłynąć na rozwój technologii kwantowych, takich jak komputery kwantowe, ultraszybkie systemy komunikacji czy nowe metody pomiarowe o niespotykanej precyzji.
Źródło: Physical Review Letters
