Времето може би е дори по-странно, отколкото си е представял Айнщайн. Физиците сега изследват възможността един-единствен часовник да съществува в квантова суперпозиция, тиктакайки едновременно по-бързо и по-бавно – почти като котката на Шрьодингер, която е едновременно и жива, и мъртва. Използвайки невероятно прецизни атомни часовници и авангардни квантови технологии, изследователите вярват, че скоро ще могат да тестват това странно предсказание за първи път.
Статията, озаглавена "Квантови сигнатури в собственото време в оптични йонни часовници" (Quantum Signatures of Proper Time in Optical Ion Clocks), е публикувана на 20 април 2026 г. в списание Physical Review Letters.
Изследването е ръководено от Игор Пиковски (Igor Pikovski), доцент в Технологичния институт "Стивънс", заедно с експерименталните екипи на Кристиан Санър (Christian Sanner) от Държавния университет на Колорадо и Дитрих Лайбфрид (Dietrich Leibfried) от Националния институт за стандарти и технологии (NIST).
Атомни часовници и квантово време
Учените са изследвали как съвременните атомни часовници могат да разкрият скрити квантови ефекти, свързани с потока на времето. Според техните открития, технологиите, разработвани за часовници от следващо поколение и квантови компютри, биха могли да ни позволят да изследваме дали самото време се подчинява на квантовите правила.
В квантовата механика обектите могат да съществуват в множество състояния едновременно. Тази концепция е известна от "котката на Шрьодингер" – мисловен експеримент, в който котка може да е едновременно и жива, и мъртва, докато не бъде наблюдавана. Изследователите предполагат, че нещо подобно може да се случва и с времето.
Часовник, чието движение следва квантови правила, би могъл да изпитва множество различни времеви потоци едновременно, почти като котка, която е едновременно млада и стара.
"Времето играе напълно различни роли в квантовата теория и в теорията на относителността. Показваме, че комбинирането на тези две концепции може да разкрие скрити квантови сигнатури на потока на времето, които вече не могат да бъдат описани от класическата физика", разказва Пиковски.
Парадоксът на квантовия близнак
Известно е, че Специалната теория предсказва, че времето тече различно в зависимост от движението и местоположението. Всеки часовник измерва свой собствен уникален поток от време. Например часовник, движещ се с 10 м/сек в продължение на 57 милиона години, би изостанал от неподвижен часовник с около една секунда. Учените са потвърдили подобни ефекти, използвайки високопрецизни устройства, като например алуминиево-йонни часовници в NIST.
От това явление следва т. нар. "парадокс на близнаците", при който единият близнак, пътувал с висока скорост (например - в космоса), се завръща по-млад от този, който е останал на Земята.
Новото изследване разширява тази идея до квантовата сфера.
Изследователите си задават въпроса: може ли един часовник да изпитва две различни скорости на течение на времето, докато е в квантова суперпозиция? Според квантовата теория това е възможно. Пиковски и колегите му за първи път предлагат тази идея преди повече от десетилетие, но ефектът е бил твърде малък, за да бъде наблюдаван експериментално. Напредъкът в технологията на атомните часовници може да промени това.
Илюстрация на класическа, полукласическа и квантова динамика на собственото време на атомен йонен часовник. В (а), часовникът претърпява класическо релативистично движение в хармоничен потенциал. В (b), часовникът еволюира с едно собствено време, което възниква като осреднение спрямо квантово състояние на движение. В (c), собственото време се осреднява спрямо класическата смес от движения на часовника. Пълната квантова еволюци води до индуцирана от вплитане загуба на кохерентност (d) и qSODS (e), при които часовникът и пространствената релативистична динамика интерферират. Кредит: Physical Review Letters, 2026; 136 (16) DOI: 10.1103/qhj9-pc2b
Ултрастудени йонни часовници и квантови флуктуации
Екипът се фокусира върху йонни часовници, разработвани в NIST и Държавния университет на Колорадо. Тези устройства улавят отделни йони (като алуминий или итербий), охлаждат ги до температури, близки до абсолютната нула, и манипулират квантовите им състояния с помощта на лазери.
"Атомните часовници вече са толкова чувствителни, че могат да откриват малки разлики във времето, причинени от термични вибрации при ултраниски температури. Но дори при абсолютна нула, в основно състояние, честотата на тиктакане все още би могло да се повлие дори само от квантови флуктуации", отбелязва Габриел Сорчи (Gabriel Sorci), докторант в Технологичния институт "Стивънс" и съавтор на статията.
Изследователите отиват още по-далеч: вместо просто да охлаждат атомите, те предлагат да манипулират самия вакуум, създавайки "притиснати състояния" – квантови състояния, в които позицията и скоростта се държат по необичаен начин. При такива условия, един часовник би могъл ефективно да тиктака едновременно по-бързо и по-бавно, вплитайки се в собственото си квантово движение.
Учените се надяват да демонстрират тези ефекти експериментално.
"Разполагаме с технологията за създаване на необходимата компресия и път за постигане на точността на часовник, необходима за наблюдение на подобни ефекти в йонните часовници за първи път", посочва Санър от Държавния университет на Колорадо.
За Пиковски по-широките последици са не по-малко вълнуващи. Предишната му работа включва демонстриране, че квантовите технологии потенциално биха могли да откриват гравитони - хипотетичните частици, които носят гравитация.
"Физиката все още е пълна с мистерии на най-фундаментално ниво. Квантовите технологии сега ни дават нови инструменти, за да хвърлим светлина върху тях", заключава той.
Справка: Gabriel Sorci, Joshua Foo, Dietrich Leibfried, Christian Sanner, Igor Pikovski. Quantum Signatures of Proper Time in Optical Ion Clocks. Physical Review Letters, 2026; 136 (16) DOI: 10.1103/qhj9-pc2b
Източник: Schrödinger’s clock: Time could tick faster and slower at the same time, Stevens Institute of Technology, ScienceDaily
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Niko Kolev
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
dolivo
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
dolivo
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Цветан Радев
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване