Исследование, описывающее эффект, показывает, что суперпозиция – способность атома существовать более чем в одном состоянии одновременно – приводит к корректировке атомных часов, известной как "квантовое замедление времени"."
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, учитывает квантовые эффекты, выходящие за рамки теории относительности Альберта Эйнштейна, чтобы сделать новое предсказание о природе времени.
«Всякий раз, когда мы разрабатываем более совершенные часы, мы узнаем что-то новое о мире», – сказал Александр Смит, доцент кафедры физики в колледже Святого Ансельма и адъюнкт-профессор в Дартмутском колледже, который руководил исследованием в качестве младшего научного сотрудника в Дартмутском колледже.
Общество стипендиатов. «Квантовое замедление времени является следствием как квантовой механики, так и теории относительности Эйнштейна, и, таким образом, предлагает новую возможность проверить фундаментальную физику на их пересечении."
В начале 1900-х годов Альберт Эйнштейн представил революционную картину пространства и времени, показав, что время, измеряемое часами, зависит от того, насколько быстро они движутся – по мере того, как скорость часов увеличивается, скорость, с которой они тикают, уменьшается. Это было радикальным отходом от абсолютного представления сэра Исаака Ньютона о времени.
Квантовая механика, теория движения, управляющая атомным миром, позволяет часам двигаться так, как если бы они одновременно двигались с двумя разными скоростями: квантовая «суперпозиция» скоростей.
В исследовательской статье эта возможность учитывается и предлагается вероятностная теория хронометража, которая привела к предсказанию квантового замедления времени.
Чтобы разработать новую теорию, команда объединила современные методы квантовой информатики с теорией, разработанной в 1980-х годах, которая объясняет, как время может возникнуть из квантовой теории гравитации.
«Физики десятилетиями пытались учесть динамическую природу времени в квантовой теории», – сказал Мехди Ахмади, преподаватель Университета Санта-Клары, соавтор исследования. «В своей работе мы прогнозируем поправки к релятивистскому замедлению времени, которые проистекают из того факта, что часы, используемые для измерения этого эффекта, имеют квантово-механическую природу."
Точно так же, как датирование углерода полагается на распадающиеся атомы для определения возраста органических объектов, время жизни возбужденного атома действует как часы.
Если такой атом движется в суперпозиции разных скоростей, то его время жизни будет либо увеличиваться, либо уменьшаться в зависимости от характера суперпозиции относительно атома, движущегося с определенной скоростью.
Поправка к времени жизни атома настолько мала, что ее невозможно измерить в терминах, имеющих смысл в человеческом масштабе. Но возможность учесть этот эффект может позволить проверить квантовое замедление времени с использованием самых современных атомных часов.
Точно так же, как применение квантовой механики для медицинской визуализации, вычислений и микроскопии, возможно, было трудно предсказать, когда эта теория разрабатывалась в начале 1900-х годов, еще слишком рано представить себе полные практические последствия квантового замедления времени.