Naučnici sa Stevens Institute, NIST-a i Colorado State University predlažu eksperiment koji bi testirao ideju da vreme u kvantnom svetu može biti u superpoziciji i istovremeno teći brže i sporije. Ključni alati su ultratačni atomski satovi bazirani na zarobljenim jonima (aluminijum i iterbijum) i kontrola "squeezed" stanja uz uređenje vakuuma. Rad je objavljen u Physical Review Letters i može otvoriti put eksperimentalnoj potvrdi tzv. "kvantnog paradoksa blizanaca".
Može li vreme istovremeno teći brzo i sporo? Naučnici planiraju eksperiment sa ultratačnim atomskim satovima
Is Time Flowing at More than One Speed?Jose A. Bernat Bacete - Getty Images
Za nas koji živimo na Zemlji vreme deluje stabilno: sekunde se smenjuju jedna za drugom. Ali u oblastima koje proučavaju opšta relativnost i kvantna mehanika, pojava vremena nije konstantna i ponaša se na način koji prkosi zdravom razumu.
Pozadina: relativnost i kvantna superpozicija
Početkom 20. veka Albert Ajnštajn je u Specijalnoj teoriji relativnosti uveo pojam proširenja vremena (time dilation): protok vremena zavisi od brzine i položaja posmatrača. Najpoznatiji misaoni primer kaže da bi, približivši se brzini svetlosti, vaš subjektivni tok vremena bio znatno usporen.
Kvantna mehanika, međutim, uvodi još neobičniju mogućnost. Princip superpozicije podrazumeva da kvantni sistem pre merenja može istovremeno biti u više stanja. Ako se taj koncept primeni na vreme, dobijamo ideju da protok vremena sam može biti u superpoziciji — drugim rečima, istovremeno teći brže i sporije. Ovo je srž tzv. „kvantnog paradoksa blizanaca“.
Kako planiraju da testiraju tu ideju
U novom radu, istraživači sa Stevens Institute of Technology, Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) i Colorado State University predlažu eksperimentalni pristup koji koristi ultratačne atomske satove zasnovane na zarobljenim jonima. Takvi satovi koriste atome aluminijuma ili iterbijuma (ytterbium) ohlađene blizu apsolutne nule i kontrolišu se laserima kako bi se precizno upravljalo njihovim kvantnim stanjima.
Ključna novina je kombinacija tehnika iz kvantnog informacionog procesiranja (razvijenih za zarobljene jone) i ekstremno preciznog merenja vremena. Kontrolom vakuuma oko atoma i dovođenjem sistema u takozvano "squeezed" stanje, tim očekuje da otkrije sitne kvantne tragove koji ukazuju na neklasičan tok vremena.
„Vreme ima veoma različite uloge u kvantnoj teoriji i u relativnosti,“ rekao je Igor Pikovski, glavni autor rada sa Stevens Institute of Technology. „Pokazujemo da njihovo objedinjavanje može otkriti skrivene kvantne tragove toka vremena koje više ne može da opiše klasična fizika.“
Zašto je to važno
Ako se ove pojave uoče, to bi bio direktan eksperimentalni uvid u to kako kvantni efekti utiču na samu strukturu vremena — pitanje koje spaja dva temeljna stuba moderne fizike: kvantnu teoriju i relativnost. Rezultati bi mogli otvoriti nove pravce u razumevanju prostora‑vremena i pomoći u razvoju teorija koje objedinjeno opisuju kvantne i gravitacione efekte.
Rad tima je objavljen u časopisu Physical Review Letters, a sledeći koraci uključuju tehnička unapređenja satova i ponovljiva merenja koja bi potvrdila ili opovrgnula predložene efekte.
Napomena: Iako su ideje apstraktne i tehnički izazovne, razvoj ultratačnih atomskih časovnika i tehnologija zarobljenih jona predstavlja jednu od najbrže napredujućih oblasti kvantne merenja.
Pomozite nam da budemo bolji.
