Ученые наблюдают отрицательное время в квантовых экспериментах

Квантовая физика полна загадок, которые бросают вызов нашей интуиции. Недавно внимание исследователей привлекло странное явление: отрицательное время. Хотя это явление может навевать мысли о путешествиях во времени или параллельных мирах, на самом деле это удивительное открытие о том, как свет взаимодействует с материей. Но что оно означает на самом деле и почему эта концепция кажется такой неинтуитивной?

Что такое отрицательное время?

Чтобы понять концепцию отрицательного времени, представьте себе сцену, в которой автомобили въезжают в туннель. Ученые заметили, что если точно измерить момент, когда каждый автомобиль въезжает в туннель, то можно увидеть, что некоторые машины, кажется, покидают туннель еще до того, как въехали в него. Это явление, которое, казалось бы, противоречит здравому смыслу, исследователи и пытались изучить в своих экспериментах.

В недавней работе исследователи из Университета Торонто наблюдали подобное странное явление в масштабах фотонов, крошечных частиц света. Говоря конкретнее, когда фотон проходит через атом, он может быть поглощен атомом, а затем вновь испущен с большей энергией, после чего возвращается в исходное состояние. Этот процесс, включающий в себя возбуждение атома, похоже, предполагает то, что исследователи называют отрицательным временем. Другими словами, реакция атома длится меньше нуля, то есть возбуждение происходит еще до того, как атом успел возбудиться, что ставит под сомнение наши привычные представления о времени.

Однако это явление, столь обескураживающее в классическом мире, лучше понять в рамках квантовой механики, где частицы ведут себя вероятностным образом, не подчиняясь строгим правилам времени и пространства, как в известном нам макроскопическом мире.

Что это значит для нашего понимания времени?

Хотя термин «отрицательное время» может навевать мысли о научной фантастике, важно отметить, что это явление не предполагает, что мы можем путешествовать в прошлое. Это не возврат во времени, а чисто квантовый эффект. Он также не означает нарушения специальной теории относительности Эйнштейна, которая гласит, что ничто не может двигаться быстрее света. Фотоны в этом эксперименте не несут никакой информации, а значит, явление не противоречит фундаментальным законам физики.

Другими словами, хотя результаты эксперимента могут показаться удивительными, они соответствуют принципам относительности и другим устоявшимся физическим теориям. Речь идет не о том, что что-то переместилось в прошлое, а о способе понять, как свет взаимодействует с материей на фундаментальном уровне.

Предмет спора: не все ученые согласны

Учитывая радикальный характер этих результатов, многие ученые отреагировали на них скептически. Немецкий физик Сабина Хоссенфельдер, например, раскритиковала использование термина «отрицательное время», объяснив в популярном видео, что он не имеет ничего общего со временем, как мы понимаем его в повседневной жизни. По ее мнению, это скорее способ описания того, как фотоны перемещаются и меняют фазу в материале.

Однако Стейнберг и его коллеги защищают свою работу, подчеркивая, что концепция отрицательного времени — это просто способ учета экспериментальных результатов, которые, по их мнению, заполняют пробел в нашем понимании взаимодействия между светом и веществом. Они дают понять, что их работа не ставит под сомнение концепцию времени, а направлена на изучение тонкостей квантовой механики.

Почему это важно: будущие применения

Хотя практическое применение этого явления остается неясным, полученные результаты имеют глубокое значение для фундаментальных исследований в области квантовой физики. Они открывают возможности для будущих исследований света, материи и их взаимодействий, что в конечном итоге может помочь нам лучше понять пока еще малоизученные явления, такие как квантовое переплетение или передача информации на нетрадиционных скоростях.

По мнению исследователей, это открытие представляет собой важный шаг на пути к лучшему пониманию Вселенной в субатомном масштабе, даже если конкретные применения пока не очевидны.