Fizicienii propun un experiment straniu în care chiar timpul devine cuantic

Ceasurile atomice de ultimă generație ar putea dezvălui în curând o posibilitate stranie: timpul însuși s-ar putea comporta ca un obiect cuantic, existând simultan în mai multe stări, relatează SciTEchDaily.

Puține idei din fizică par atât de intuitive și, în același timp, atât de enigmatice precum timpul.

În teoria relativității a lui Einstein, timpul nu este fix. El se modifică în funcție de mișcare și de gravitație.

Atunci când acest concept este combinat cu fizica cuantică, imaginea devine și mai ciudată. Teoria cuantică sugerează că timpul însuși ar putea exista într-o superpoziție, ceea ce înseamnă că ar putea curge în ritmuri diferite în același timp.

Un nou studiu publicat în prestigoasa revistă științifică Physical Review Letters indică faptul că această posibilitate ar putea fi testată experimental în curând.

Explorarea timpului cu ceasuri cuantice

Cercetarea a fost condusă de Igor Pikovski, profesor de fizică teoretică la de la Institutul Stevens pentru Tehnologie din SUA în colaborare cu echipe experimentale conduse de Christian Sanner la Universitatea de Stat din Colorado și Dietrich Leibfried la Institutele Naționale pentru Standarde și Tehnologie (NIST).

Echipele au analizat modul în care efectele cuantice influențează curgerea timpului și cum pot fi folosite ceasurile atomice pentru a studia aceste efecte.

Rezultatele lor sugerează că tehnologiile dezvoltate pentru ceasuri avansate și computere cuantice ar putea investiga și întrebări mai profunde despre realitate. Dacă un ceas respectă regulile mecanicii cuantice, mișcarea sa poate exista în mai multe stări simultan. În consecință, timpul pe care îl măsoară ar putea exista, la rândul lui, în mai multe stări.

Această idee amintește de celebrul experiment mental al fizicianului austriac Erwin Schrödinger, în care o pisică poate fi simultan vie și moartă. În acest caz, timpul însuși ar 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”, spune Pikovski. „Ceea ce arătăm este că reunirea acestor două concepte poate scoate la iveală semnături cuantice ascunse ale curgerii timpului, care nu mai pot fi descrise de fizica clasică”, explică el.

Relativitatea, mișcarea și curgerea timpului

Relativitatea prezice că fiecare ceas măsoară timpul diferit, în funcție de viteză și poziție. De exemplu, un ceas care se deplasează cu 10 metri pe secundă timp de 57 de milioane de ani ar rămâne în urmă față de un ceas staționar cu doar o secundă.

Experimentele realizate cu dispozitive extrem de precise, inclusiv ceasuri cu ioni de aluminiu de la NIST, au confirmat acest efect.

Acest fenomen este adesea explicat prin „paradoxul gemenilor”, în care unul dintre gemeni îmbătrânește mai lent după o călătorie la viteză mare. O versiune mai extremă, uneori numită „paradoxul cuantic al gemenilor”, ridică întrebarea dacă un singur ceas ar putea experimenta simultan mai multe linii temporale.

Ar putea fi el în același timp mai tânăr și mai bătrân?

Lucrări teoretice anterioare realizate de Pikovski și colegii săi sugerează că acest lucru este posibil, deși astfel de efecte au fost prea subtile pentru a fi măsurate până acum.

Ceasurile atomice intră în regimul cuantic

Pentru a investiga această idee, cercetătorii au studiat ceasuri atomice precum cele de la NIST și Universitatea de Stat din Colorado. Aceste sisteme captează ioni individuali, precum aluminiu sau yterbiu, îi răcesc până aproape de zero absolut și le controlează stările cuantice cu ajutorul laserelor.

Studiul arată că îmbinarea progreselor în precizia ceasurilor cu tehnici din calculul cuantic bazat pe ioni capturați 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 cauzate de vibrațiile termice la temperaturi extrem de scăzute”, spune Gabriel Sorci, doctorand la Institutul Stevens pentru Tehnologie și coautor al lucrării. „Dar chiar și la temperatura de zero absolut, în starea fundamentală, ritmul de „ticăit” va fi influențat doar de fluctuațiile cuantice”, spune acesta.

Privind spre viitor, Pikovski subliniază implicațiile mai largi. Cercetările sale recente includ lucrări care sugerează că gravitonii individuali ar putea fi detectați folosind tehnologii cuantice.

„Fizica este încă plină de mistere la nivelul cel mai fundamental. Tehnologiile cuantice ne oferă acum instrumente noi pentru a le înțelege”, subliniază el.