Учени измерват отрицателното време в лаборатория

Ваня Милева Последна промяна на 07 May 2026 в 00:00 4155 0

Фотоните демонстрират какво е отрицателно време. 

Кредит Pixabay/CC0 Public Domain
Фотоните демонстрират какво е отрицателно време. 

Може ли времето да бъде отрицателно? Това е противоречи на интуицията, това е "контраинтуитивно", но такава е квантовата механика. И учени го потвърждават, поне за фотоните в техните лаборатории.

Квантови ефекти и фотони

Квантовата механика е дял от науката, който изучава света на ниво отделни атоми и елементарни частици и постоянно се сблъсква със ситуации, които противоречат на ежедневния ни опит. Наскоро в списанието Physical Review Letters е публикувано изследване, в което демонстрират отрицателното време.

Всъщност, това явление е наблюдавано за първи път още през 1993 г. То изисква източник на фотони (квантови частици светлина) и няколко атома рубидий. А също и екран за записване на времената на пристигане на тези фотони, след като преминат през тези атоми.

Когато фотон удари клъстер от атоми, той може да премине директно през него или да взаимодейства с частиците, възбуждайки ги до енергийно по-високо състояние, и след кратко време да бъде излъчен отново в произволна посока, без да уцели целта.

Единственият проблем е, че принципът на неопределеността на Хайзенберг важи за тези фотони. Можем точно да определим точната енергия, която един фотон трябва да има, за да възбуди рубидиев атом, но в този случай светлинните частици трябва да бъдат излъчвани за много грубо определен интервал от време.

Времена на пристигане на фотоните

Но ако фотонът премине директно през облака, се случва нещо странно. Въз основа на средното време, когато фотонът навлиза в облака, може да се изчисли очакваното средно време, за което би пристигнал до далечната страна на облака, ако приемем, че се движи със скоростта на светлината (както обикновено правят фотоните).

Установява се обаче, че фотонът всъщност пристига много по-рано от това. Всъщност той пристига толкова рано, че изглежда е прекарал отрицателно количество време в облака – средно, за да излезе, преди да влезе.

Този ефект е известен от десетилетия и е наблюдаван в експеримент през 1993 г. Но физиците до голяма степен са решили да не приемат това отрицателно време насериозно.

Това е така, защото може да се обясни с факта, че само предната авангардна част на дълготрайния импулс преминава директно през атомния облак, докато останалата част се разсейва. Това води до успешен (неразсеян) фотон, пристигащ по-рано, отколкото би се очаквало наивно.

Новото проучване

Един от авторите на изследването, Ефраим Щайнберг (Aephraim Steinberg), обаче не е доволен от това обяснение още през 1993 г. и решава да подходи към проблема от различен ъгъл. Възбуждането на рубидиевите атоми също може да бъде измерено, като по този начин се определя продължителността на взаимодействието между фотоните и атомите.

Но правилата на квантовия свят отново са пречка. Според тези правила, прецизното измерване на даден параметър е възможно само чрез промяна на състоянието на системата. По този начин, когато измерваме точно възбуждането на атомите, ние едновременно с това го разрушаваме.

Всяко еднократно изпълнение на експеримента дава само много груба индикация дали фотонът се е задържал в атомите, но осредняването на милиони изпълнения дава точно време на задържане.

Учените обаче намират решение. Те използват много слаб лазер и едновременно с това измерват състоянието на атомите много грубо, което им позволява да преценят колко фотона присъстват в рубидия.

Всяко еднократно изпълнение на експеримента дава само много груба индикация дали фотонът се е задържал в атомите, но осредняването на милиони изпълнения дава точно време на задържане.

"Удивително е, че резултатът от това слабо измерване на времето на престой, когато фотонът преминава директно през облака, е точно равен на отрицателното време, предложено от средното време на пристигане на фотоните. Преди нашата работа никой не е подозирал, че тези две времена, измерени по съвсем различни начини, ще бъдат равни", коментира Хауърд Уайзман (Howard Wiseman) в The Conversation.

Най-важното е, че отрицателната стойност на слабо измереното време на задържане не може да се обясни, като се предположи, че само фронтът на фотонния импулс преминава, за разлика от времето, изведено от времето на пристигане.

И какво означава всичко това? Дали ще имаме скоро машина на времето?

За съжаление, не. Експериментът може напълно да се обясни от стандартната физика.

"Но това показва, че отрицателното време на престой не е артефакт. Колкото и парадоксално да изглежда, то има пряко измерим ефект върху атомния облак, през който преминава фотонът", обяснява Уайзман.

Така че, може да се измери "отрицателното време", описано по-рано. С други думи, последното не е чак толкова виртуално, но учените не са сигурни как точно работи.

Справка: Daniela Angulo et al, Experimental Observation of Negative Weak Values for the Time Atoms Spend in the Excited State as a Photon Is Transmitted, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/gjfq-k9dv

Източник: 

Scientists measure negative time in the laboratory, Oleksandr Burlaka, Universe magazine

Physicists have measured 'negative time' in the lab, Howard Wiseman, The Conversation

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !