Laiką įprasta suvokti kaip pastovų ir vienakryptį, tačiau šiuolaikinė fizika vis dažniau kelia klausimą, ar tai tik mūsų kasdienės patirties iliuzija. Naujas fizikos tyrėjų darbas rodo, kad itin tikslūs optiniai atominiai laikrodžiai ateityje galėtų padėti aptikti kvantinį laiko elgesį, kurio iki šiol niekas tiesiogiai nematavo.
Idėja remiasi mintimi, kad kvantiniame pasaulyje kai kurios „klasikinės“ sąvokos gali veikti kitaip, nei esame įpratę. Tyrėjai svarsto scenarijų, kuriame laikas nebūtinai „tiksėtų“ vienodu tempu, o tam tikromis sąlygomis galėtų būti superpozicijoje, tai yra tuo pačiu metu egzistuotų keli galimi laiko tėkmės greičiai.
Kas keičiasi nuo Niutono iki Einšteino
Istoriškai laikas ilgai buvo laikomas absoliučiu dydžiu, kaip jį aprašė Izaokas Niutonas. Vėliau Alberto Einšteino reliatyvumo teorija parodė, kad laikas yra santykinis ir priklauso nuo judėjimo greičio bei gravitacijos, todėl skirtingi stebėtojai gali matuoti nevienodą laiko tėkmę.
Šis reliatyvistinis laiko lėtėjimas yra patvirtintas eksperimentiškai ir taikomas praktikoje. Pavyzdžiui, pasaulinės palydovinės navigacijos sistemos turi koreguoti laikrodžius, nes dėl gravitacijos ir judėjimo efektų jų laikas skiriasi nuo Žemėje esančių laikrodžių, o be pataisų navigacijos paklaidos sparčiai augtų.
Optiniai laikrodžiai ir kvantinis laikas
Tyrėjai dėmesį sutelkia į optinius atominius laikrodžius, kurie laiką matuoja naudodami optinio dažnio šviesą, o ne mikrobangų signalus. Toks metodas leidžia pasiekti milžinišką stabilumą ir jautrumą, todėl laikrodžiai tampa ne tik metrologijos įrankiu, bet ir subtilių fizikos reiškinių detektoriumi.
Vienas svarbiausių siūlomų testų yra kvantinė laiko superpozicija, kai vienas laikrodis teoriškai galėtų „užfiksuoti“ ne vieną, o kelias laiko reikšmes. Straipsnyje aptariama, kad skirtumai galėtų būti itin maži, attosekundžių masto, todėl būtent optiniai laikrodžiai laikomi realistiška priemone tokiems efektams ieškoti.
„Pagal kvantinę teoriją gali būti situacijų, kai laikas nekinta vienu pastoviu greičiu: jis gali būti superpozicijoje ir tekėti skirtingais tempais tuo pačiu metu“, – sakė fizikas Igoris Pikovski.
Kita aptariama kryptis yra susietumas, kai kvantinės sistemos būsenos tampa tarpusavyje susijusios taip, kad vienos dalies pokyčiai koreliuoja su kitos dalies matavimais. Tyrėjai kelia prielaidą, kad laikas ir judėjimas tam tikrose kvantinėse sąlygose taip pat galėtų tapti susieti, o tai atvertų naują būdą tikrinti ribą tarp reliatyvumo ir kvantinės mechanikos.
Kaip tai būtų galima išmatuoti
Tyrime nagrinėjama ir vadinamoji kvantinė suspaudimo technika, kuri leidžia sumažinti vienų matuojamų dydžių triukšmą kito dydžio sąskaita. Tokie metodai jau naudojami itin tiksliuose matavimuose, o laikrodžiuose teoriškai galėtų padėti „išryškinti“ menkas kvantines fluktuacijas, kurios kitaip paskęstų foniniame triukšme.
Autoriai pabrėžia, kad ne visi prognozuojami efektai šiuo metu yra lengvai pasiekiami, nes kvantiniai signalai gali būti labai trapūs. Vis dėlto dalis siūlomų eksperimentų, remiantis dabartine joninių ir optinių laikrodžių technologijų pažanga, gali būti realistiški ir artimiausiais metais.
Jei kvantinis laiko elgesys būtų aptiktas, tai būtų ne tik sensacingas rezultatas, bet ir naujas įrankis fundamentaliems klausimams spręsti. Tokie matavimai galėtų suteikti eksperimentinių užuominų, kaip ateityje kurti kvantinę gravitacijos teoriją, kurioje laikas ir gravitacija nebūtų laikomi vien tik klasikiniu fonu.
„Mūsų kasdienės realybės nuostatos gali būti klaidinančios: kvantinė teorija ne tik keista, ji rodo visai kitokią fundamentalią visatos sandarą, nei diktuoja kasdienė patirtis“, – sakė I. Pikovski.
Darbas publikuotas žurnale Physical Review Letters.
Šaltiniai:
– https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.160201
– https://www.nist.gov/pml/time-and-frequency-division/atomic-clocks
– https://www.bipm.org/en/time-frequency/tai
– https://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/
Leave a Reply