Бен Саймон, Иссам Ахмед в Вашингтоне
Ученые давно знают, что иногда может показаться, что свет выходит из материала, прежде чем войти в него. Этот эффект считается иллюзией, вызванной искажением волн материей.
Теперь исследователи из Университета Торонто утверждают, что с помощью инновационных квантовых экспериментов им удалось продемонстрировать, что «отрицательное время» — это не просто теоретическая идея, оно существует в осязаемом, физическом смысле и заслуживает более пристального изучения.
Результаты исследования, размещенные на сервере препринтов arXiv, но еще не опубликованные в рецензируемом журнале, привлекли как всеобщее внимание, так и скептицизм.
Исследователи подчеркивают, что эти озадачивающие результаты скорее подчеркивают странность квантовой механики , чем радикальный сдвиг в нашем понимании времени.
«Это сложная тема, даже для нас, чтобы обсуждать ее с другими физиками. Нас все время неправильно понимают», — сказал Эфраим Стейнберг, профессор Университета Торонто, специализирующийся на экспериментальной квантовой физике.
Присоединяйтесь к нашему новому каналу WhatsApp ! Будьте в курсе последних новостей науки от Science X.
Хотя термин «отрицательное время» может показаться концепцией, заимствованной из научной фантастики , Стейнберг защищает его использование, надеясь, что он вызовет более глубокие дискуссии о тайнах квантовой физики.
Лазерные эксперименты
Много лет назад команда начала изучать взаимодействие света и материи.
Когда частицы света, или фотоны, проходят через атомы, некоторые из них поглощаются атомами и позже переизлучаются. Это взаимодействие изменяет атомы, временно переводя их в более высокоэнергетическое или «возбужденное» состояние, прежде чем они вернутся в нормальное состояние.
В исследовании под руководством Даниэлы Ангуло команда приступила к измерению того, как долго эти атомы оставались в возбужденном состоянии. «Это время оказалось отрицательным», — объяснил Стейнберг, имея в виду длительность меньше нуля.
Чтобы визуализировать эту концепцию, представьте, что автомобили въезжают в туннель: до эксперимента физики осознали, что хотя среднее время въезда для тысячи автомобилей может быть, например, полдень, первые автомобили могут выехать немного раньше, скажем, в 11:59 утра. Этот результат ранее был отклонен как бессмысленный.
То, что продемонстрировали Ангуло и его коллеги, было похоже на измерение уровня оксида углерода в туннеле после того, как из него выехали первые несколько автомобилей, и обнаружение того, что перед показаниями стоит знак «минус».
Относительность нетронута
Эксперименты, проведенные в загроможденной подвальной лаборатории, ощетинившейся проводами и устройствами в алюминиевой оболочке, заняли более двух лет для оптимизации. Используемые лазеры должны были быть тщательно откалиброваны, чтобы избежать искажения результатов.
Тем не менее, Стейнберг и Ангуло поспешили прояснить: никто не утверждает, что путешествие во времени возможно. «Мы не хотим говорить о путешествии назад во времени», — сказал Стейнберг. «Это неверное толкование».
Объяснение кроется в квантовой механике, где частицы, подобные фотонам, ведут себя нечетко, вероятностно, а не следуют строгим правилам.
Вместо того чтобы придерживаться фиксированной временной шкалы для поглощения и повторного излучения, эти взаимодействия происходят в спектре возможных длительностей, некоторые из которых бросают вызов повседневной интуиции.
Что особенно важно, говорят исследователи, это не нарушает специальную теорию относительности Эйнштейна, которая гласит, что ничто не может двигаться быстрее света. Эти фотоны не несли никакой информации, обходя любые космические ограничения скорости.
Узнайте последние новости науки, технологий и космоса с более чем 100 000 подписчиков , которые полагаются на Phys.org для ежедневной информации. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно. Подписаться
Открытие, вызывающее разногласия
Концепция «отрицательного времени» вызвала как интерес, так и скептицизм, особенно со стороны видных деятелей научного сообщества.
Немецкий физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер, например, раскритиковала эту работу в видеоролике на YouTube, который посмотрели более 250 000 человек, отметив: «Отрицательное время в этом эксперименте не имеет ничего общего с течением времени — это просто способ описать, как фотоны проходят через среду и как смещаются их фазы».
Ангуло и Стейнберг возразили, заявив, что их исследование заполняет существенные пробелы в понимании того, почему свет не всегда движется с постоянной скоростью.
Штейнберг признал наличие споров вокруг провокационного заголовка их статьи, но отметил, что ни один серьезный ученый не оспаривал экспериментальные результаты.
«Мы сделали свой выбор в пользу того, что считаем плодотворным способом описания результатов», — сказал он, добавив, что, хотя практическое применение пока неясно, эти результаты открывают новые возможности для изучения квантовых явлений.
«Честно говоря, в настоящее время у меня нет пути от того, что мы рассматривали, к приложениям», — признал он. «Мы продолжим думать об этом, но я не хочу вселять в людей надежды».
Дополнительная информация: Даниэла Ангуло и др., Экспериментальное доказательство того, что фотон может провести отрицательное количество времени в атомном облаке, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2409.03680 , arxiv.org/abs/2409.03680
© 2024 АФП
Исследуйте дальше: На пути к проверке квантового поведения гравитации: фотонное квантовое моделирование