Физики экспериментально подтвердили реальность «отрицательного времени» в квантовой среде

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Команда физиков из Университета Торонто и Университета Гриффита опубликовала в журнале Physical Review Letters результаты эксперимента, в котором феномен «отрицательного времени» в квантовой механике получил независимое экспериментальное подтверждение. В научной работе описывается, как фотоны, проходящие сквозь облако атомов рубидия, демонстрируют отрицательное время пребывания — а сами атомы, выступая своеобразными «свидетелями», это фиксируют.

Квантовый парадокс стал реальностью: новые эксперименты доказали, что фотоны способны преодолевать облако атомов, затрачивая на это «отрицательное» время. Фактически, частицы света достигают финиша раньше, чем физически входят в среду, что ставит перед учеными серьезные вопросы о природе времени и причинно-следственных связей в квантовом мире.
Квантовый парадокс стал реальностью: новые эксперименты доказали, что фотоны способны преодолевать облако атомов, затрачивая на это «отрицательное» время. Фактически, частицы света достигают финиша раньше, чем физически входят в среду, что ставит перед учеными серьезные вопросы о природе времени и причинно-следственных связей в квантовом мире.
Автор: National Institute of Standards and Technology Источник: commons.wikimedia.org

Явление «группового запаздывания» со знаком минус в квантовой оптике известно давно: ещё в 1993 году наблюдалось, что отдельные фотоны покидают среду раньше, чем в неё входят. Однако большинство физиков склонны видеть в этом лишь математическую иллюзию. Они поясняют: начальная часть светового импульса успевает проскочить сквозь облако частиц практически без препятствий, в то время как основная масса света поглощается и рассеивается. Из-за этого эффекта создается ошибочное впечатление, что сигнал якобы преодолел пространство быстрее положенного. Один из авторов той работы 1993 года, профессор Эфраим Стейнберг, не согласился с подобной интерпретацией и поставил принципиально новый эксперимент.

В новом исследовании команда ученых под руководством Даниэлы Ангуло избрала иной подход к измерению. Фотоны пропускались через облако охлаждённых атомов рубидия-85. Когда фотон поглощается атомом, тот переходит в возбуждённое состояние и остаётся в нём до повторного испускания фотона — то есть длительность возбуждения прямо соответствует времени «пребывания» фотона в среде.

Чтобы не разрушить квантовое состояние системы при измерении (квантовый эффект Зенона делает прямое наблюдение невозможным), физики применили технику слабых измерений: через облако пропускался второй, слабый зондирующий лазерный пучок, а микроскопические сдвиги его фазы регистрировали уровень возбуждения атомов через эффект кросс-Керра. Одиночный опыт давал лишь приблизительное значение, однако усреднение по миллионам повторений позволило получить статистически достоверный результат.

Измерения показали: время, которое прошедшие сквозь облако фотоны провели в форме атомного возбуждения, совпадает с отрицательным групповым запаздыванием светового импульса — в том числе в областях параметров, где это запаздывание отрицательно. Иными словами, атомы рубидия «отчитались» о том же значении, что и детекторы на выходе: фотон как будто провёл в среде меньше нуля времени.

Автор: N. Phillips/NIST Источник: commons.wikimedia.org

Теоретическую базу для интерпретации разработал Говард Уайзман из Университета Гриффита — с применением формализма слабых значений, в котором квантово-механические величины могут выходить за пределы классического диапазона собственных значений оператора.

Авторы работы особо подчёркивают: «отрицательное время» не означает путешествия в прошлое и не противоречит причинности. «Это не значит, что мы на пороге создания машины времени», — прямо заявил соавтор работы Уайзман. Эффект описывает специфику квантово-механического «времени дребезжания» при интерференционных и рассеивающих взаимодействиях — одного из нескольких определений времени, существующих в квантовой физике.

Стейнберг, в свою очередь, считает, что отрицательные значения следует воспринимать всерьёз: они способны описывать и другие физически наблюдаемые эффекты в квантовых системах. Потенциальные прикладные следствия — оптимизация квантовых схем передачи информации — пока остаются предметом теоретического осмысления.

Следующий этап исследования — измерение времени возбуждения для рассеянных фотонов (тех, что не прошли сквозь облако). Согласно теоретическим предсказаниям, они должны нести «избыточное» положительное время, которое в сумме с отрицательным даёт ноль или положительную величину для всего пучка. Эта гипотеза пока экспериментально не проверена.

Источник: Livescience

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Илон Маск обещает летающий автомобиль к 2028 году. Эту сказку нам слово в слово рассказывали в 1957-м

На испытательном полигоне компании SpaceX в городе Макгрегор, штат Техас, состоялась закрытая презентация новой версии спортивного автомобиля Tesla Roadster. Во время показа машина заехала на...

ИИ декодировал язык клеточных сигналов — и подсказал, как вырастить живые ткани в пробирке

В процессе развития эмбриона исходно одинаковые клетки постепенно превращаются в десятки специализированных типов: нейроны, мышечные волокна, клетки печени или кожи. Выбор пути зависит от...

Плейлисты на компакт-кассете: как дека Uher CG 355 запоминала порядок треков

В конце 1970-х слушать кассету значило постоянно держать руку на клавишах. Нужный трек искали перемоткой вперёд или назад, глядя на механический счётчик или просто на слух. Мюнхенская фирма Uher...

Как остановить опасный астероид, если таран не сработает: суперкомпьютер нашел решение

Падение крупного небесного тела на Землю — единственный вид глобальной природной катастрофы, который человечество способно предотвратить с помощью доступных технологий. Атмосфера планеты...

Обзор базового робота-пылесоса Dreame F21 Pro: с замашками флагмана!

Вслед за бюджетной новинкой Dreame F21 была представлена «Pro"-модель робота-пылесоса, отличающаяся рядом серьезных улучшений: мощность всасывания возросла с 20 до 25 кПа, пылесос стал лучше...

Летающая тарелка из Саратова: для чего в СССР создали передовой для своего времени безаэродромный летательный аппарат ЭКИП и что с ним стало

В конце 1970-х — начале 1980-х гг советский инженер и авиаконструктор Лев Николаевич Щукин предложил концепцию многофункционального летательного аппарата, который по внешнему виду...