Чи може бути час від’ємним? Науковці, які займаються такою інтуїтивно незрозумілою галуззю науки, як квантова механіка, стверджують, що так. Принаймні для фотонів у їхніх лабораторіях.
Квантові ефекти й фотони
Квантова механіка — це галузь науки, яка вивчає світ на рівні окремих атомів та елементарних частинок і постійно стикається із ситуаціями, які суперечать нашому повсякденному досвіду. Нещодавно у журналі Physical Review Letters вийшло дослідження, в процесі якого виявили від’ємний час.
Насправді це явище вперше спостерігалося ще 1993 року. Для цього потрібне джерело фотонів (квантових частинок світла) та трохи атомів рубідію. Ну і ще екран для реєстрації часу прибуття цих фотонів після проходження крізь ці атоми.
Коли фотон влітає у скупчення атомів, він може пролетіти його наскрізь або провзаємодіяти з частинками, привівши їх у збуджений стан, і за деякий час перевипромінюється у випадковий бік, не потрапляючи до цілі.
Проблема лише в тому, що щодо цих фотонів діє принцип невизначеності Гейзинберга. Ми можемо точно визначити, яку саме енергію повинен мати фотон для того, аби збудити атом рубідію, але тоді випускати частинки світла треба деякий дуже приблизно визначений час.
Зворотний час
Але ніщо не заважає застосувати статистичний підхід і просто випустити багато фотонів і визначити час, за який вони долетять до рубідію в середньому, а ось час, за який частина з них долетить до цілі максимально точно. Теоретично, якщо частинки світла ніяк не взаємодіяли з атомами, то вони мають рухатися зі швидкістю світла.
Так от, в експерименті 1993 року виявилося, що фотони долітають від атомів рубідію до цілі, за час менший ніж той який теоретично їм мав би на це знадобитися. Так, ніби вони провели там якийсь від’ємний час. Цей результат перевірений вже неодноразово, проте фізики знайшли йому пояснення.
Річ у тім, що час прибуття до рубідієвої перешкоди, а отже, і від неї до цілі, визначається в середньому. А не взаємодіяли з атомами переважно ті фотони, що досягли їх першими. Від’ємний час виходить дещо віртуальним, але у випадку статистичних досліджень квантового світу таким є майже усе.
Нове дослідження
Однак один з авторів дослідження ще 1993 року — Ефроїм Штернберг — не задовольнився таким поясненням і вирішив підійти до проблеми з іншого боку. Збудження атомів рубідію теж можна виміряти й таким чином визначити час, протягом якого з ними взаємодіяли фотони.
Однак тут на перешкоді знову стають правила квантового світу. Згідно з ними, точне вимірювання параметра можливе тільки шляхом зміни стану системи. Таким чином, якщо ми точно вимірюємо збудження атомів, то одночасно знищуємо його.
Проте науковці знайшли вихід. Вони використали дуже слабкий лазер і водночас вимірювали стан атомів із невисокою точністю, завдяки чому змогли оцінити, як довго фотони «перебували» в атомах рубідію. Виявилося, що цей час дивовижним чином збігається за значенням із раніше передбаченим від’ємним часом. Отже, останній не є суто формальною величиною, хоча механізм цього явища досі лишається незрозумілим.
За матеріалами phys.org
