Часы Шредингера. Ученые готовятся проверить существование времени в квантовой суперпозиции
В физике время остается одним из самых загадочных понятий. Теория относительности Эйнштейна доказала, что оно меняется в зависимости от скорости и гравитации, однако объединение этой концепции с квантовой механикой создает еще более удивительную картину.
Квантовая теория предполагает, что время способно существовать в состоянии суперпозиции — то есть одновременно течь быстрее и медленнее. Новое исследование, опубликованное в журнале «Physical Review Letters», доказывает, что вскоре ученые смогут проверить эту гипотезу в лаборатории.
Исследование под руководством доцента Игоря Пиковски из Технологического института Стивенса совместно с командами Университета штата Колорадо и Национального института стандартов и технологий (NIST) показало, как передовые атомные часы могут обнаружить квантовые признаки текучести времени. По аналогии с известным мысленным экспериментом о коте Шредингера, который является одновременно живым и мертвым до момента наблюдения, квантовые часы могут находиться в нескольких временных потоках одновременно.
Теория относительности уже подтверждена практически: например, часы, движущиеся со скоростью 10 метров в секунду в течение 57 миллионов лет, отстанут от неподвижных примерно на одну секунду. Новая работа переносит этот эффект в квантовую плоскость. Ученые сосредоточились на ионных часах, которые улавливают отдельные ионы алюминия или иттербия, охлаждают их до температур, близких к абсолютному нулю, и управляют их состояниями с помощью лазеров.
Анализ показал, что даже при абсолютном нуле на частоту колебаний будут влиять исключительно квантовые флуктуации.
Более того, манипуляции с вакуумом для создания «сжатых состояний» позволяют запустить совершенно новые эффекты. При таких условиях одни и те же часы могут одновременно ускоряться и замедляться, вступая в квантовую запутанность с собственным движением. Современные технологии уже достигли необходимой точности, и физики надеются в ближайшее время продемонстрировать эти уникальные свойства времени экспериментально.