Как в «Доводе»: ученые открыли обратный ход времени на уровне фотонов

Квантовая физика демонстрирует много странных вещей и часто является контринтуитивной. На этот раз ученые заставили вспомнить фильм «Довод» открытием того, что можно назвать отрицательным временем.

Пока не рецензируемое исследование, опубликованное в Scientific American, описывает наблюдение странного временного поведения фотонов во время возбуждения атомов. Фотоны, направленные в облако атомов, вышли из среды прежде чем войти в нее.

Фотоны, частицы света, могут поглощаться атомами, через которые они проходят. Когда это происходит, энергия, которую они несут, заставляет электроны атомов переходить в более высокое энергетическое состояние — это и называется возбуждением.

Но атомы также могут избавиться от возбуждения и вернуться в обычное состояние. Один из способов, как это происходит — излучение энергии в виде фотонов. Для наблюдателя это выглядит так, как будто свет, проходящий через среду, задерживается. Ученые не имели консенсуса относительно того, что на самом деле происходит с отдельным фотоном во время этой задержки, поэтому провели серию экспериментов.

Во время них импульсы фотонов пропускались через облако атомов при температурах, близких к абсолютному нулю. Случилась странная вещь: в случаях, когда фотоны проходили, еще не будучи поглощенными, ультрахолодные атомы уже были возбуждены в течение точного промежутка времени, как будто они уже их поглотили. Напротив, в случаях, когда фотоны были поглощены, они повторно излучались без задержки или до того, как ультрахолодные атомы могли бы снять возбуждение.

Ученые говорят, что никакие законы физики здесь не нарушаются. Фотоны каким-то образом путешествуют через атомное облако быстрее, когда они возбуждают атомы и поглощаются, чем когда атомы остаются неизменными. Поскольку фотоны не несут информации, причинность остается нетронутой, отмечают исследователи. Квантовая суперпозиция приводит к тому, что фотоны находятся в двух состояниях одновременно: для детектора, который измеряет, когда они входят в среду и выходят из нее, это означает, что фотоны могут иметь как положительное, так и отрицательное значение. И, следовательно, фактически отрицательное время.

Это не меняет нашего понимания времени, говорят исследователи. С другой стороны, это предполагает, по крайней мере в области оптики, что отрицательное время имеет «большее физическое значение, чем принято считать», говорится в исследовании.

Источник: Futurism