Феномен «отрицательного времени» наблюдается в новых квантовых экспериментах
Ученым широко известно, что иногда кажется, что свет выходит из материала, даже не успев войти в него. Это странное явление «отрицательного времени» долгое время считалось иллюзией, вызванной тем, как волны искажаются материей.
Со временем многие сочли его безобидной причудой физики, от которой отказались без дальнейших исследований. Теперь же новые эксперименты показывают, что такое поведение может иметь более глубокие последствия, связанные с «отрицательным временем».
Исследователи недавно опубликовали результаты на сервере препринтов arXiv, вызвав всеобщий интерес и некоторые сомнения по поводу того, что все это значит.
«Отрицательное время» больше не является теоретическим
Афраим Стейнберг, профессор экспериментальной квантовой физики Университета Торонто, на собственном опыте убедился, как люди могут неправильно понимать рассуждения об отрицательном времени.
«Это сложная тема, даже для нас, чтобы говорить о ней с другими физиками. Нас постоянно неправильно понимают», - говорит он. Его команда утверждает, что отрицательное время не только теоретически, но и может существовать в измеримом виде.
Они по-прежнему осторожны в описании своих экспериментов, подчеркивая, что результаты отражают тонкий эффект в квантовой механике.
«Это время оказалось отрицательным», - пояснил Стейнберг. Полученные ими данные указывают на странные взаимодействия между светом и материей, которые противоречат обычным представлениям».
Квантовые причуды
Их лаборатория в подвале изобилует зеркалами, проводами и тонкими лазерами, которые отслеживают, как фотоны взаимодействуют с атомами.
Атомы иногда поглощают фотоны, а затем испускают их, оставляя атомы в возбужденном состоянии на короткий период. Измерить этот период было непросто, и многим казалось, что эта задача может заиграть на грани невозможного.
Штайнберг и аспирантка Даниэла Ангуло сосредоточились на коротком времени пребывания атомов в возбужденном состоянии. Собирая данные о том, как атомы излучают поглощенный свет, они обнаружили интервалы, которые оказались меньше нуля.
«Мы не хотим сказать, что что-то перемещается назад во времени», - говорит Стейнберг. «Это неверное толкование».
«Отрицательное время» не нарушает реальность
Исследования квантовых явлений часто вызывают опасения по поводу столкновения с теорией специальной относительности Эйнштейна.
Однако ничто в этих экспериментах не намекает на то, что какой-либо объект может обогнать свет. Фотоны здесь не передают информацию быстрее, чем позволяют физические законы, поэтому нет никакого конфликта с давно принятыми принципами.
Некоторые задаются вопросом, не может ли обозначение этого интервала как отрицательного времени привести к путанице.
Команда осознает, что такой язык может звучать сюрреалистично, но они считают, что он отражает необычную природу квантовых измерений, которые отклоняются от привычных ожиданий.
Фотоны и вероятности
Фотоны обладают раздвоением личности: иногда они ведут себя как частицы, а иногда - как волны.
Они подчиняются правилам вероятности, которые позволяют им находиться в нескольких состояниях одновременно, что приводит к целому ряду возможных исходов. Эта нечеткость лежит в основе представления о том, что события не всегда укладываются в четкую временную шкалу.
В стандартных условиях фотоны проходят через материалы в соответствии с устоявшейся физикой.
Но в экспериментах группы определенные измерения приводят к результатам, которые заходят на территорию, которую большинство никогда бы не предсказало.
Эти находки вызывают любопытство в отношении того, как квантовая механика может демонстрировать эффекты, противоречащие здравому смыслу.
