Исследователи заявили, что зафиксировали поведение фотонов, которое они назвали «отрицательным временем». Это явление ставит под сомнение наши привычные представления о времени и его течении, особенно на уровне квантовых частиц.
Суть открытия заключается в наблюдении за фотонами, которые вели себя необычно при взаимодействии с охлаждённым до почти абсолютного нуля облаком атомов. В ходе экспериментов учёные обнаружили, что даже когда фотоны проходили через это облако без прямого взаимодействия с атомами, те всё равно кратковременно возбуждались. Как будто фотоны поглощались и тут же испускались заново. Но самое удивительное было в том, что фотоны, поглощённые атомами, будто бы вновь появлялись ещё до того, как атомы успевали достичь состояния возбуждения.
Открытие такого явления как «отрицательное время» стало возможным благодаря работе Джозайи Синклера из Университета Торонто. Учёный объяснил, что если бы мы могли создать «квантовые» часы для измерения времени возбуждения атомов, то при определённых условиях стрелка таких часов начала бы двигаться назад. Это создает эффект, при котором фотоны ведут себя так, словно время для них течёт в обратном направлении.
Когда фотоны проходят через среду, такую как облако охлаждённых атомов, они могут поглощаться, вызывая возбуждение электронов атомов — переход на более высокий энергетический уровень. После этого атомы теряют возбуждение и испускают энергию в виде фотонов, что и вызывает задержку света при прохождении через среду. Обычно этот процесс вызывает задержку, так как возбуждение и испускание энергии занимают время.
Однако в новом эксперименте учёные обнаружили, что при определённых условиях эта задержка может стать отрицательной. Иными словами, фотоны как будто преодолевают среду быстрее, когда атомы находятся в возбужденном состоянии, по сравнению с тем, когда они остаются неактивными.
Одной из главных теорий, объясняющих это явление, является концепция квантовой суперпозиции. Согласно этому принципу, квантовые частицы, такие как фотоны, могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Это создает эффект квантовой неопределённости, который позволяет фотонам демонстрировать как положительные, так и отрицательные значения времени при прохождении через атомное облако.
Для детектора, измеряющего путь фотонов, это означает, что фотоны могут «путешествовать» как вперед, так и назад во времени, создавая иллюзию отрицательной временной задержки. С точки зрения квантовой физики, это явление логично, хотя и кажется парадоксальным с позиции классической физики.
Результаты эксперимента не меняют нашего фундаментального понимания времени, однако они в очередной раз подчеркивают, что реальность на квантовом уровне не поддается традиционным объяснениям. Квантовые эффекты, такие как суперпозиция и отрицательная временная задержка, показывают, что в микромире время и пространство могут вести себя совсем иначе, чем в нашей повседневной жизни.
Хотя само понятие «отрицательного времени» звучит как нечто из области фантастики, это открытие имеет важное значение для дальнейшего изучения квантовых явлений и разработки новых технологий. К примеру, более глубокое понимание поведения фотонов может привести к прорывам в области квантовых вычислений, передачи данных и даже фундаментальных исследований природы времени и пространства.
