Ceasurile atomice de ultimă generație ar putea ajuta oamenii de știință să testeze o ipoteză care pare desprinsă din science-fiction: timpul însuși s-ar putea comporta ca un obiect cuantic și ar putea exista în mai multe stări simultan, potrivit SciTechDaily.
Deși timpul pare unul dintre cele mai intuitive concepte din fizică, el rămâne și unul dintre cele mai misterioase. În teoria relativității a lui Einstein, timpul nu este fix, ci poate trece diferit în funcție de viteză și gravitație.
Atunci când această idee este combinată cu mecanica cuantică, lucrurile devin și mai stranii. Teoria cuantică sugerează că timpul ar putea exista într-o stare de superpoziție, ceea ce înseamnă că ar putea curge în ritmuri diferite în același timp.
Un nou studiu publicat în revista Physical Review Letters arată că această ipoteză ar putea fi testată experimental în viitorul apropiat.
Cum vor cercetătorii să studieze timpul
Studiul a fost coordonat de Igor Pikovski, profesor de fizică teoretică la Stevens Institute of Technology, împreună cu echipe conduse de Christian Sanner de la Colorado State University și Dietrich Leibfried de la National Institute of Standards and Technology (NIST).
Cercetătorii au analizat modul în care efectele cuantice influențează curgerea timpului și felul în care ceasurile atomice pot fi folosite pentru a observa aceste fenomene.
Concluziile lor sugerează că tehnologiile dezvoltate pentru ceasurile ultra-precise și pentru calculatoarele cuantice ar putea fi utilizate și pentru a explora întrebări fundamentale despre realitate. Dacă un ceas respectă regulile mecanicii cuantice, atunci mișcarea sa poate exista simultan în mai multe stări. În consecință, și timpul măsurat de acel ceas ar putea exista în mai multe variante în același timp.
Ideea amintește de celebrul experiment mental al „pisicii lui Schrödinger”, în care pisica poate fi simultan vie și moartă. În acest caz, timpul ar putea exista în stări suprapuse, ca și cum un ceas ar fi în același timp „mai tânăr” și „mai bătrân”.
„Timpul joacă roluri foarte diferite în teoria cuantică și în relativitate”, a explicat Pikovski. „Ceea ce arătăm este că, atunci când combinăm aceste două concepte, apar semnături cuantice ascunse ale curgerii timpului, care nu mai pot fi descrise prin fizica clasică.”
Relativitatea și paradoxul timpului
Teoria relativității spune că fiecare ceas măsoară timpul diferit, în funcție de viteza și poziția sa. De exemplu, un ceas care s-ar deplasa cu 10 metri pe secundă timp de 57 de milioane de ani ar rămâne în urmă cu o secundă față de unul staționar.
Acest fenomen a fost confirmat în experimente realizate cu ceasuri extrem de precise, inclusiv cu ceasuri pe bază de ioni de aluminiu dezvoltate la NIST.
Fenomenul este adesea explicat prin „paradoxul gemenilor”, unde unul dintre gemeni îmbătrânește mai lent după o călătorie la viteze foarte mari. O versiune și mai extremă, numită uneori „paradoxul cuantic al gemenilor”, ridică o întrebare și mai neobișnuită: poate un singur ceas să experimenteze simultan mai multe linii temporale? Ar putea fi în același timp și mai tânăr, și mai bătrân?
Lucrările teoretice anterioare ale lui Pikovski și ale colegilor săi sugerează că acest lucru ar putea fi posibil, însă efectele au fost până acum prea subtile pentru a fi măsurate.
Ceasurile atomice intră în lumea cuantică
Pentru a studia această ipoteză, cercetătorii au folosit modele de ceasuri atomice precum cele dezvoltate la NIST și Colorado State University. Aceste sisteme captează ioni individuali, precum aluminiu sau yterbiu, îi răcesc aproape de zero absolut și le controlează stările cuantice cu ajutorul laserelor.
Potrivit studiului, combinarea progreselor în precizia ceasurilor cu tehnicile folosite în calculatoarele cuantice pe bază de ioni ar putea scoate la iveală efecte cuantice ale timpului care nu au mai fost observate până acum.
„Ceasurile atomice sunt acum atât de sensibile încât pot detecta diferențe infime de timp provocate doar de vibrațiile termice la temperaturi extrem de scăzute”, a explicat Gabriel Sorci, doctorand la Stevens Institute of Technology și coautor al studiului. „Dar chiar și la zero absolut, rata de funcționare a ceasului este influențată de fluctuațiile cuantice.”
Ideea „stoarcerii” vidului cuantic
Echipa a analizat și o metodă și mai avansată. În loc să răcească doar atomii, cercetătorii propun manipularea vidului cuantic pentru a crea așa-numitele „stări comprimate” („squeezed states”).
În aceste stări, poziția și mișcarea ceasului manifestă proprietăți cuantice distincte. Astfel apare o nouă perspectivă asupra timpului în condiții cuantice: un singur ceas ar putea măsura simultan ritmuri diferite ale timpului și s-ar putea „încâlci” cu propria mișcare.
Cercetătorii spun că lucrează deja la metode prin care aceste predicții să poată fi testate în laborator.
„Avem tehnologia necesară pentru a produce aceste stări comprimate și o cale clară pentru a atinge precizia necesară în ceasurile pe bază de ioni pentru a observa aceste efecte pentru prima dată”, a declarat Christian Sanner, de la Colorado State University.
Pe termen lung, implicațiile ar putea fi și mai mari. Pikovski lucrează și la cercetări care sugerează că particule extrem de greu de detectat, precum gravitonii, ar putea fi observate folosind tehnologii cuantice.
„Fizica este încă plină de mistere fundamentale. Tehnologiile cuantice ne oferă acum instrumente noi pentru a le explora”, a spus cercetătorul.
Ştiri video recomandate
