Az idő a fizika egyik legalapvetőbb, ugyanakkor legrejtélyesebb fogalma, amelyről Einstein relativitáselmélete már bebizonyította, hogy nem állandó és nem univerzális, hanem a mozgástól és a gravitációtól függően eltérő ütemben telik, azonban a kvantummechanikával együtt vizsgálva még szokatlanabb következtetésekre jutnak a kutatók.

Egy frissen publikált tanulmány szerint ugyanis elképzelhető, hogy az idő maga is kvantum-szuperpozícióba kerülhet, ami azt jelenti, hogy egyetlen óra egyszerre két különböző ütemben, gyorsabban és lassabban is mérheti az idő múlását.

Egy érdekes kutatás

A Physical Review Letters folyóiratban április 20-án megjelent kutatást Igor Pikovski, a Stevens Institute of Technology docense vezette, együttműködésben a Colorado State University és az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézete, azaz a NIST kísérleti csoportjaival. A vizsgálat középpontjában a legmodernebb optikai ionórák álltak, amelyek extrém pontosságuk révén képesek lehetnek kimutatni az idő áramlásához kapcsolódó, eddig rejtve maradt kvantumhatásokat.

A kvantummechanika szerint egy rendszer egyszerre több állapotban is létezhet, amíg meg nem figyelik, amit a közismert Schrödinger macskája gondolatkísérlet szemléltet, ahol az állat egyszerre élő és halott, amíg a dobozt ki nem nyitják. A kutatók szerint hasonló jelenség az idővel kapcsolatban is felléphet, vagyis egy kvantumszabályok szerint mozgó óra egy időben többféle időáramlást tapasztalhat, mintha egyszerre lenne fiatalabb és idősebb – emelte ki a ScienceDaily.

G

Kövess minket a Google-ben

Legyen a Liner a követett forrásod

Jelöld be a Linert követett forrásként a Google-ben.

Beállítom

„Az idő nagyon eltérő szerepet tölt be a kvantumelméletben és a relativitáselméletben” – fogalmazott Pikovski, majd hozzátette, „megmutattuk, hogy a két megközelítés egyesítése olyan rejtett kvantumjeleket tárhat fel az idő áramlásában, amelyeket a klasszikus fizika már nem tud leírni.”

A relativitáselmélet

A relativitáselmélet már korábban kimutatta, hogy minden óra a saját pályájának és mozgásának megfelelően méri az időt, így például egy másodpercnyi eltérés is kialakulhat két óra között, ha az egyik hosszú időn át mozgásban van, amit a rendkívül precíz alumíniumion-órákkal kísérletileg is igazoltak.

Ezt a jelenséget gyakran az ikerparadoxon példájával magyarázzák, amelyben az űrutazó testvér fiatalabban tér vissza a Földön maradt ikerpárjához képest, ugyanakkor az új kutatás ezt a gondolatot a kvantumfizika tartományába terjeszti ki.

A kutatócsoport vizsgálata

A kutatócsoport azt vizsgálta, hogy egyetlen óra kerülhet-e olyan kvantum-szuperpozícióba, amelyben egyszerre két különböző idődilatációs állapotban létezik, és elméleti számításaik szerint ez nem zárható ki. Az elképzelést Pikovski és munkatársai már több mint egy évtizede felvetették, azonban akkor még nem állt rendelkezésre elég érzékeny technológia a hatás kimutatására, mára viszont az atomórák fejlődése új lehetőségeket nyitott.

A vizsgálatok során olyan ionórákra összpontosítottak, amelyek egyetlen alumínium- vagy itterbiumiont csapdáznak, majd lézerekkel szabályozva, a lehető legközelebb hűtik az abszolút nulla hőmérséklethez, hogy minimalizálják a zavaró hatásokat.

„Az atomórák ma már annyira érzékenyek, hogy a rendkívül alacsony hőmérsékleten jelentkező parányi hőrezgésekből adódó időkülönbségeket is képesek kimutatni” – mondta Gabriel Sorci doktorandusz, majd kiemelte, „még az abszolút nulla hőmérséklet alapállapotában is befolyásolják az óra járását a puszta kvantumfluktuációk.”

Még tovább mentek a kutatók

A kutatók ennél is tovább mentek, és úgynevezett préselt kvantumállapotok létrehozását javasolták, amelyekben a vákuum kvantumtulajdonságait manipulálják, így a részecskék helyzete és sebessége szokatlan módon viselkedik. Ilyen körülmények között az elemzés szerint teljesen új, időhöz kapcsolódó kvantumjelenségek jelenhetnek meg, ahol egyetlen óra egyszerre gyorsabban és lassabban is jár, miközben saját kvantummozgásával összefonódik.

A kísérleti megvalósításra a kutatócsoport szerint már belátható időn belül sor kerülhet. „Rendelkezünk a szükséges préselési technológiával, és látjuk az utat az ionórák pontosságának eléréséhez, amely először teheti lehetővé ezeknek a hatásoknak a megfigyelését” – hangsúlyozta Christian Sanner.

Pikovski szerint az eredmények túlmutatnak az idő mérésének kérdésén, mivel a kvantumtechnológiák egyre több alapvető fizikai rejtély vizsgálatát teszik lehetővé, és akár a gravitáció feltételezett kvantumos közvetítő részecskéinek kimutatásához is közelebb vihetnek. „A fizika legalapvetőbb szintjén még mindig számos megválaszolatlan kérdés létezik, ugyanakkor a kvantumtechnológiák most új eszközöket adnak a kezünkbe, hogy fényt derítsünk ezekre” – fogalmazott a kutató.