Ученые провели исследование, которое продемонстрировало, что фотоны могут покидать облако атомов прежде, чем полностью в него войдут. Рассказываем о том, как проходил эксперимент по измерению отрицательного времени и почему это открытие меняет представление о квантовом мире.
В мире квантовой физики реальность иногда оказывается более удивительной, чем мифы. Исследователи из Университета Торонто осуществили эксперимент, который заставляет пересмотреть само понятие времени. Выяснилось, что фотоны — частицы света — могут находиться внутри облака атомов на отрицательном количестве времени.
Для разъяснения этого парадокса ученые приводят аналогию с Одиссеем. Если бы Пенелопа спросила героя о времени, которое он провел в плену у нимфы Калипсо, он мог бы ответить: «Я жил там минус пять лет». Это звучит странно, но именно так ведут себя квантовые частицы, указывает Phys.org.
В эксперименте исследователи направляли фотоны в облако атомов рубидия. Атомы находились в «резонансе» с фотонами, то есть могли поглощать их энергию и переходить в возбужденное состояние, а затем снова испускать фотон.
Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, если энергия фотона точно определена, то его время появления становится неопределенным. Когда фотон успешно проходил сквозь облако (не рассеиваясь), он прибывал к детектору значительно раньше, чем ожидалось, двигаясь со скоростью света.
Расчеты показывали, что фотон проводил внутри облака отрицательное время — словно он выходил из него еще до того, как полностью вошел. «Это напоминает нам, что в одиссее квантовых исследований еще есть неизведанные территории», — отмечают авторы работы. Ранее физики считали данный эффект артефактом, объясняя его тем, что через облако проходит только «передняя часть» светового импульса. Теперь же ученые решили исследовать его непосредственно.
Команда направила через облако атомов слабый лазерный луч и измерила незначительные изменения фазы света. Это дало возможность косвенно выяснить, были ли атомы возбужденными от проходящего фотона, не нарушая при этом сам квантовый процесс. Полученные результаты оказались поразительными. Время пребывания фотона в атомах, измеренное данным методом, полностью совпало с отрицательным временем, рассчитанным по моменту прибытия фотона. Это подтверждает, что отрицательное время — это не математическая иллюзия, а реальный физический эффект, который оказывает ощутимое воздействие на атомное облако.
«К сожалению, это не означает, что машина времени уже близка. Наш эксперимент полностью укладывается в рамки стандартных законов физики», — уточняют исследователи. Тем не менее, открытие подчеркивает, насколько странным и непостижимым остается микромир даже для современной науки.
Фото: hi-tech.mail.ru