Отрицательное время: квантовые физики обнаружили нечто похожее на путешествие во времени

Фото: Futurism

Квантовые физики знакомы с, на первый взгляд, бессмысленными явлениями. Например, атомы и молекулы иногда ведут себя как частицы, а иногда как волны. Частицы могут быть связанными между собой даже на очень больших расстояниях с помощью квантовой запутанности. Также квантовые объекты могут отделяться от своих свойств. Теперь же физики обнаружили еще одно загадочное явление: отрицательное время. Авторы исследования, опубликованного на сервере препринтов arXiv, обнаружили, что фотоны, частицы света, могут тратить отрицательное количество времени, когда проходят через облако охлажденных атомов. Другими словами, фотоны могут выходить из облака атомов, прежде чем войти в него, пишет Futurism.

Странное квантовое явление

Квантовые физики наблюдали странное временное поведение в результате того, что известно, как возбуждение атомов. Когда фотоны направлялись в облако атомов, они, казалось, выходили из него, прежде чем войти туда.

По словам физиков, отрицательная задержка времени может показаться парадоксальной, но она означает, что если создать "квантовые" часы для измерения того, сколько времени атомы проводят в возбужденном состоянии, то при определенных обстоятельствах стрелка часов будет двигаться назад, а не вперед.

Частицы света, то есть фотоны не имеют массы и их могут поглощать атомы, через которые проходят эти частицы. Когда это происходит, энергия, которую несут фотоны, заставляет электроны атомов переходить в более высокое энергетическое состояние. Это и есть возбуждение атомов. Но у атомов может происходить обратное возбуждение, когда электроны возвращаются в исходное энергетическое состояние. Это происходит, в частности из-за того, что энергия повторно излучается в виде фотонов. Для наблюдателя это выглядит так, как будто свет, прошедший через облако атомов, был задержан.

По словам физиков, они были удивлены тем, что не было точного понимания того, что на самом деле произошло с отдельным фотоном во время этой задержки. Поэтому ученые провели серию экспериментов.

Отрицательное время

Во время экспериментов фотоны пролетали через облако атомов при температурах, близких к абсолютному нулю. И именно в это время произошло нечто странное. В тех случаях, когда фотоны проходили через атомы и не поглощались ими, ультрахолодные атомы все еще были возбуждены в течение точного количества времени, как если бы они поглощали фотоны. И наоборот, в тех случаях, когда фотоны поглощали атомы, частицы света излучались без задержки или до того, как ультрахолодные атомы имели обратное возбуждение.

На самом деле никакие законы физики в этом случае нарушены не были. Произошло то, что фотоны каким-то образом переместились через облако атомов быстрее, когда они возбуждали атомы, или, другими словами, когда они должны были поглощаться ими, чем когда атомы оставались в незатронутом состоянии. Поскольку фотоны не несут информации, причинно-следственная связь остается неизменной, объясняют физики.

Но неопределенности, которые присутствуют на квантовом уровне, приводят к запутыванию всего процесса. А именно, явление суперпозиции, при котором квантовые частицы, такие как фотоны, могут находиться в двух разных состояниях одновременно. Для детектора, который измеряет, когда фотоны входят и выходят из облака атомов, это означает, что фотоны могут производить как положительное, так и отрицательное значение. И, таким образом, отрицательное время.

Новые эксперименты не меняют нашего понимания времени, говорят физики. Но результаты предполагают, что, по крайней мере, в области оптики отрицательное время имеет большее физическое значение, чем обычно считается.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform