Fotony putující zpět v čase: Vědci potvrdili existenci „negativního času“
Požádejte kvantové fyziky, aby použili jedno přídavné jméno, kterým by popsali subatomární oblast své vědecké činnosti, a slovo „divný“ se pravděpodobně objeví více než jednou.
Přestože kvantová mechanika je základem naší existence, pravidla, jimiž se tento svět neuvěřitelně malých věcí řídí, jsou poněkud protikladná tomu, jak vnímáme fyziku v našem běžném světě.
Například fotony se chovají jako částice i vlny, dvě částice se mohou proplést a vykazovat to, co Albert Einstein nazval „strašidelným působením na dálku“, a částice mají teleportační vlastnosti díky „kvantovému tunelování“ (které je jediným důvodem, proč Slunce poskytuje světlo a teplo nám lidem na Zemi). Jinými slovy, je tu spousta „podivností“.
Vědci z Torontské univerzity nyní přidávají na seznam podivností další záhadu – záporný čas. V článku publikovaném v roce 2022 v časopise PRX Quantum vědci podrobně popsali svůj kvantový experiment, který spočíval ve střelbě fotonů do mraku ultrachladných atomů rubidia, u nichž následně dochází k časovému zpoždění (známému také jako „skupinové zpoždění“).
Výsledky přinesly dvě překvapení. Prvním bylo, že fotony někdy procházely bez interference, ale přesto docházelo k excitaci atomů. Druhým překvapením bylo, že fotony opouštěly atomy rychleji, než se očekávalo – dokonce dříve, než se atomy rubidia vrátily do základního stavu. To mělo celkově za následek, že fotony opouštěly mrak ještě dříve, než do něj vstoupily.
„Experiment popsaný v této práci představuje důležitý milník,“ napsali tehdy autoři. „Jde o první měření doby, kterou atomy stráví v excitovaném stavu díky fotonům, které nakonec neabsorbují. Tyto výsledky volají po plně kvantizovaném teoretickém zpracování, stejně jako po dalších experimentech měnících optickou hloubku, šířku pásma a tvar pulzu, aby bylo možné dále objasnit podivnou historii vysílaných fotonů.“
O dva roky později v článku publikovaném na preprintovém serveru arXiv stejní autoři (spolu s teoretickým fyzikem z Griffithovy univerzity v Austrálii) upřesnili, co se podle nich děje s těmito podivnými časovými výsledky.
Jak vysvětluje Spektrum der Wissenschaft (německé vydání časopisu Scientific American), fotony jsou „rozmazané“ kvantové objekty, což znamená, že absorpce a remise fotonů v rubidiovém mraku byla jaksi rozmazána v pravděpodobnostním rozsahu. To znamená, že je možné, aby fotony opustily oblak dříve, než ustanou atomové excitace, a proto je hodnota „záporná“.
„Záporné časové zpoždění se může zdát paradoxní,“ řekl Josiah Sinclair, spoluautor nové studie pro Spektrum. „Ale znamená to, že kdybyste sestrojili kvantové hodiny, které by měřily, kolik času stráví atomy v excitovaném stavu, hodinová ručička by se za určitých okolností pohybovala spíše dozadu než dopředu.“
Protože tyto fotony nepřenášejí informaci, není tento výsledek v rozporu s omezeními rychlosti nad světlem, která stanovuje Einsteinova speciální teorie relativity. Stojí také za zmínku, že tyto výsledky nevyžadují drastické přehodnocení toho, co vy a já považujeme za „čas“, ale posilují myšlenku, že kvantový svět je opravdu a skutečně „divný“.
Zdroje článku:
- O události jsme se dozvěděli z webu:
Scientific American - Další zdroje:
Boing Boing - Studie a výzkumy:
PRX Quantum, arXiv
Článek může obsahovat dodatečné informace od redakce.