Νέο πείραμα κβαντικής οπτικής επιβεβαιώνει την ύπαρξη αρνητικού χρόνου!

Σύνοψη

• Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τορόντο μέτρησαν αρνητικό χρόνο κατά τη διέλευση φωτονίων από ένα νέφος υπέρψυχρων ατόμων ρουβιδίου.
• Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, τα φωτόνια καταγράφονται να εξέρχονται από το ατομικό νέφος πριν καν εισέλθουν σε αυτό.
• Αποδίδεται στην κβαντική υπέρθεση και στο πώς τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με τα άτομα, διατηρώντας τα σε κατάσταση διέγερσης για αρνητικό χρονικό διάστημα.
• Δεν ανατρέπει τη θεωρία της σχετικότητας ούτε επιτρέπει το ταξίδι στον χρόνο, αλλά προσφέρει νέα δεδομένα για τον σχεδιασμό κβαντικών δικτύων και οπτικών μνημών.

Στο πείραμα του Πανεπιστημίου του Τορόντο, ο «αρνητικός χρόνος» περιγράφει το φαινόμενο όπου τα φωτόνια διέρχονται από ένα νέφος ατόμων ρουβιδίου και καταγράφεται ότι εξέρχονται από αυτό πριν εισέλθουν. Αυτό συμβαίνει επειδή, βάσει της κβαντικής υπέρθεσης, τα φωτόνια μπορούν να διεγείρουν τα άτομα για αρνητικό χρονικό διάστημα, μετατοπίζοντας την κορυφή του κυματοπακέτου του φωτός.

Η κατανόηση του χρόνου στην κλασική φυσική είναι αυστηρά γραμμική: ένα γεγονός προηγείται ενός άλλου και η αιτιότητα αποτελεί απαράβατο κανόνα. Ωστόσο, η επιστημονική ομάδα υπό τον Aephraim Steinberg στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο, εξέτασε τη συμπεριφορά του φωτός όταν αυτό αλληλεπιδρά με την ύλη στο κβαντικό επίπεδο, αποδεικνύοντας ότι ο χρόνος που δαπανάται σε μια τέτοια αλληλεπίδραση μπορεί να λάβει αρνητικές τιμές. Η μελέτη εστιάζει στον χρόνο διέγερσης των ατόμων, δηλαδή στο χρονικό διάστημα κατά το οποίο ένα άτομο απορροφά ένα φωτόνιο και μεταβαίνει σε κατάσταση υψηλότερης ενέργειας πριν το επανεκπέμψει.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα νέφος ατόμων ρουβιδίου το οποίο έψυξαν σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15 °C). Σε αυτές τις συνθήκες, η θερμική κίνηση των ατόμων ελαχιστοποιείται, επιτρέποντας την ακριβή μέτρηση κβαντικών φαινομένων. Στη συνέχεια, κατεύθυναν μεμονωμένα φωτόνια μέσα από αυτό το νέφος.

Όταν ένα φωτόνιο χτυπά ένα άτομο, το άτομο μπορεί να το απορροφήσει, να παραμείνει σε κατάσταση διέγερσης για ένα κλάσμα του μικροδευτερολέπτου, και έπειτα να το εκπέμψει ξανά. Οι ερευνητές μέτρησαν ακριβώς πόσο χρόνο περνούν τα φωτόνια ως απορροφημένη ενέργεια μέσα στα άτομα πριν απελευθερωθούν. Το αποτέλεσμα ήταν εντελώς αντιδιαισθητικό: όταν τα φωτόνια μεταδίδονται χωρίς να απορροφηθούν πλήρως (λόγω κβαντικής υπέρθεσης), ο χρόνος διέγερσης των ατόμων καταγράφεται ως αρνητικός.

Στην κβαντομηχανική, το φωτόνιο δεν είναι μια απλή σημειακή οντότητα, αλλά ένα κυματοπακέτο, το οποίο διαθέτει ένα μπροστινό μέτωπο, μια κορυφή (όπου η πιθανότητα να βρεθεί το σωματίδιο είναι μέγιστη) και μια ουρά.

Κατά την αλληλεπίδραση του φωτονίου με το νέφος ρουβιδίου, δημιουργείται μια συντονισμένη κατάσταση. Αντί το φως να επιβραδυνθεί —όπως συμβαίνει κατά τη διάθλαση του φωτός στο γυαλί ή στο νερό— το μέσο δρα με τέτοιο τρόπο ώστε η κορυφή του κυματοπακέτου να μετατοπίζεται προς τα εμπρός. Έτσι, ο ανιχνευτής στην άλλη πλευρά του νέφους καταγράφει την άφιξη της «κορυφής» του φωτονίου γρηγορότερα από ό,τι αν το φωτόνιο είχε ταξιδέψει στον κενό χώρο. Το φωτόνιο, πρακτικά, εξέρχεται από το νέφος πριν εισέλθει σε αυτό.

Η συγκεκριμένη ανακάλυψη συχνά δημιουργεί σύγχυση, εγείροντας ερωτήματα σχετικά με την παραβίαση του ορίου της ταχύτητας του φωτός και τους κανόνες της αιτιότητας του Einstein. Τα δεδομένα του πειράματος διασαφηνίζουν ότι η πληροφορία δεν ταξιδεύει ταχύτερα από το φως. Το «μπροστινό μέτωπο» του κυματοπακέτου ποτέ δεν φτάνει στον ανιχνευτή νωρίτερα από το απόλυτο όριο της ταχύτητας c στο κενό. Η αρνητική χρονική καθυστέρηση αφορά αποκλειστικά το σχήμα του κύματος και το σημείο όπου βρίσκεται η μέγιστη πιθανότητα ανίχνευσης του. Δεν υπάρχει καμία δυνατότητα αποστολής ενός μηνύματος στο παρελθόν.

Παρόλο που η έρευνα αφορά τη θεμελιώδη φυσική, τα αποτελέσματα έχουν άμεσες προεκτάσεις στην εφαρμοσμένη κβαντική τεχνολογία.

• Κβαντικές Μνήμες: Η δυνατότητα ακριβούς ελέγχου του χρόνου αλληλεπίδρασης μεταξύ φωτός και ύλης είναι κρίσιμη για τη δημιουργία αποδοτικών κβαντικών μνημών, όπου οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε άτομα μέσω φωτονίων.
• Οπτικά Δίκτυα Νέας Γενιάς: Η διαχείριση της διασποράς και της χρονικής καθυστέρησης των οπτικών παλμών αποτελεί βασικό πρόβλημα στις τηλεπικοινωνίες. Η κατανόηση αυτών των ανώμαλων επιδράσεων μπορεί να βελτιώσει τον σχεδιασμό οπτικών φίλτρων και διακοπτών.

*Μπορείτε πλέον να προσθέσετε το Techgear.gr ως Προτιμώμενη Πηγή ενημέρωσης για τις αναζητήσεις σας στο Google Search!