Nauji eksperimentai su šviesos kvantais rodo stulbinantį reiškinį: tam tikromis sąlygomis fotonų sąveikos trukmė su medžiaga gali būti apskaičiuojama kaip neigiama. Tai nereiškia laiko mašinos ar kelionių į praeitį, tačiau reiškinys yra realiai išmatuojamas ir dera su kvantinės fizikos dėsniais.
Tyrimuose fotonai buvo leidžiami pro rubidžio atomų debesį, kuriame dėl rezonanso jų energija trumpam gali būti perduodama atomams kaip sužadinimas. Dėl tokios sąveikos įprastai tikimasi, kad fotonas per terpę keliaus ilgiau, bet dalis fotonų, kurie nepasklaidomi ir praeina tiesiai, užfiksuojami atvykstantys anksčiau, nei rodytų paprastas vidutinis skaičiavimas.
Kas yra neigiamas laikas?
Kvantinėje fizikoje svarbu atskirti kasdienį laiko supratimą nuo operacinių dydžių, kurie apibrėžiami per matavimo procedūras. Neigiamas laikas šiame kontekste reiškia ne tai, kad įvykis įvyko prieš priežastį, o tai, kad pagal pasirinktą metodą apskaičiuota vidutinė buvimo trukmė terpėje gaunama mažesnė nei nulis.
Toks efektas siejamas su bangų interferencija ir atranka pagal baigtį: analizuojami tik tie atvejai, kai fotonas pereina per atomų debesį nepasklidęs. Dėl dispersijos ir signalo formos persitvarkymo užfiksuotas impulso maksimumas gali pasislinkti taip, kad atrodo, jog fotonas išėjo anksčiau, nei tikėtasi.
Kaip tai buvo patikrinta?
Ankstesniuose darbuose panašūs ankstyvo atvykimo efektai buvo aiškinami tuo, kad pro terpę prasiskverbia tik impulso priekinė dalis, o likusi energija išsisklaido. Naujuose bandymuose tyrėjai papildomai „paklausė“ pačių atomų, kiek laiko fotono energija iš tiesų buvo sukaupusi atominiame sužadinime.
Tam pritaikytas vadinamasis silpnasis matavimas: vietoj agresyvaus stebėjimo, kuris sugriautų reiškinį, buvo naudojamas labai švelnus, bet tiksliai sukalibruotas zondavimas. Per atomų debesį leistas silpnas lazerio spindulys, o jo fazės pokyčiai leido spręsti, ar atomai tuo metu buvo sužadinti.
Kiekvienas pavienis bandymas duoda tik apytikslę informaciją, tačiau suvidurkinus milžinišką matavimų skaičių gaunamas patikimas rezultatas. Būtent čia ir pasirodė svarbiausia išvada: silpnai išmatuota fotono buvimo trukmė debesyje sutapo su neigiama trukme, kuri buvo numanoma iš fotonų atvykimo laiko statistikos.
Ką tai keičia ir ko nekeičia?
Rezultatas stiprina požiūrį, kad neigiama buvimo trukmė nėra vien skaičiavimo iliuzija ar matavimo artefaktas. Jei du skirtingi metodai, paremti skirtingais fiziniais dydžiais, rodo tą patį ženklą ir dydį, tai reiškia, kad kvantinis aprašymas turi tiesioginę, patikrinamą pasekmę terpei, per kurią sklinda šviesa.
Vis dėlto tai nėra pranešimas apie reliatyvumo teorijos paneigimą ar informacijos perdavimą greičiau už šviesą. Tokiuose eksperimentuose „ankstyvas atvykimas“ kyla iš banginės dinamikos ir atrinktų įvykių statistikos, o priežasties ir pasekmės tvarka makroskopiniame lygmenyje neišsikraipo.
Praktiniu požiūriu tokie darbai svarbūs kvantinių matavimų technologijoms, tiksliam šviesos sklidimo per terpę modeliavimui ir kvantinei optikai, kur kuriami itin jautrūs jutikliai bei komunikacijos sprendimai. Jie taip pat primena, kad net „paprasti“ dydžiai, kaip laikas, kvantiniame pasaulyje gali įgyti netikėtas, bet griežtai patikrinamas reikšmes.
Leave a Reply