Квантовое время: когда секунда может длиться вечно

Для большинства людей время — это нечто постоянное и незыблемое. Однако в мире современной физики всё оказывается гораздо сложнее. В условиях, описываемых общей теорией относительности и квантовой механикой, привычное течение времени может нарушаться, а его свойства становятся предметом научных споров. Об этом рассказывает Popular Mechanics.

В начале XX века Альберт Эйнштейн впервые ввёл понятие замедления времени: согласно его теории, время течёт по-разному в зависимости от скорости и положения наблюдателя. Например, если бы человек мог двигаться со скоростью, близкой к скорости света, для него время практически остановилось бы. Но квантовая механика идёт ещё дальше: по мнению ряда физиков, время может находиться в состоянии суперпозиции — то есть одновременно течь быстро и медленно.

Долгое время все эти идеи были на уровне теории. Однако новое исследование, проведённое учёными из Технологического института Стивенса, Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета штата Колорадо, показало, что проверить квантовую природу времени возможно. Для этого используются сверхточные атомные часы и квантовые информационные технологии, применяемые в квантовых вычислениях с захваченными ионами. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

«Время играет совершенно разные роли в квантовой теории и в теории относительности», — отметил старший автор исследования Игорь Пиковский. «Мы показали, что объединение этих двух концепций может выявить скрытые квантовые признаки течения времени, которые уже не описываются классической физикой».

Атомные часы, используемые в подобных экспериментах, настолько точны, что их погрешность составляет менее одной секунды за миллиарды лет. В таких устройствах атомы охлаждаются почти до абсолютного нуля, а их квантовые состояния управляются лазерами. Это позволяет фиксировать даже самые незначительные изменения во времени, вызванные релятивистскими и квантовыми эффектами.

Квантовый парадокс близнецов

Идея «квантового парадокса близнецов» основана на знаменитом мысленном эксперименте с котом Шрёдингера. Если объект может находиться в двух состояниях одновременно до измерения, то и время, по аналогии, может одновременно течь по-разному. Пиковски более 15 лет работает над доказательством этой гипотезы и считает, что современные атомные часы способны дать ответ на этот вопрос.

«Я думаю, это может дать нам подсказки и экспериментальные данные о том, насколько обманчивы наши повседневные представления о реальности, — сказал Пиковски. — Квантовая теория не просто странная, она также предполагает совершенно иную фундаментальную структуру Вселенной, которая противоречит нашему повседневному опыту».

Источник