Čas nemusí tikať len jedným smerom. Vedci ukázali, že v iónových hodinách sa môže správať kvantovo
Atómové hodiny môžu zachytiť jav, pri ktorom čas pre ten istý objekt tiká rýchlejšie aj pomalšie naraz. Výskum spája relativitu s kvantovou fyzikou.
Vedci sa v novej štúdii pozreli na čas, jav, ktorý je pre väčšinu z nás prirodzený. Nový výskum zo Stevens Institute of Technology naznačil, že čas sa v extrémnych podmienkach nespráva tak „normálne“, ako sme zvyknutí z každodenného života, pričom nejde len o to, že plynie rýchlejšie alebo pomalšie, o čom hovorí teória relativity. Podľa fyzikov sa totiž môže správať kvantovo, teda existovať vo viacerých stavoch naraz.
Tím vedený Igorom Pikovskim ukázal, že extrémne presné atómové hodiny dokážu zachytiť situáciu, v ktorej čas pre ten istý objekt „tiká“ zároveň rýchlejšie aj pomalšie. Ide o fyzikálny efekt, ktorý sa už dostáva na hranicu merateľnosti.
Albert Einstein vo svojej teórii relativity preukázal, že čas neplynie rovnako všade, závisí od rýchlosti a gravitácie. Hodiny v lietadle plynú inak ako hodiny v pokoji na zemi, aj keď je rozdiel naozaj minimálny. Satelity na obežnej dráhe, napríklad GPS, však reálne počítajú s odlišným plynutím času, inak by nemohli fungovať správne. Lenže kvantová fyzika pridala do hry chaos. V jej svete sa častice nachádzajú na viacerých miestach naraz a majú viacero stavov súčasne. A teraz sa ukázalo, že to isté môže platiť aj pre čas.
„Čas hrá v kvantovej teórii a v relativite úplne odlišné úlohy,“ vysvetlil Pikovski: „Keď ich spojíme, objavia sa efekty, ktoré klasická fyzika nedokáže opísať.“
Jedny hodiny zaznamenali v extrémnych podmienkach dva časy naraz
Základ experimentu stojí na extrémne presných atómových hodinách. Vedci v nich uväznili jednotlivé ióny, ktoré ochladili ich takmer na absolútnu nulu a manipulovali ich laserom. V tejto situácii sa samotný pohyb častice dostal do kvantovej superpozície. Keďže čas závisí od pohybu, „rozštiepil sa“ spolu s ňou. Jednoducho povedané, jedny hodiny zaznamenali dva rôzne priebehy času naraz.
Fyzici to prirovnali k známemu experimentu so Schrödingerovou mačkou. Len namiesto toho, aby bola mačka živá aj mŕtva, hodiny sú zároveň „mladšie aj staršie“.
Neprehliadni
„Aj pri absolútnej nule tikajú hodiny inak kvôli kvantovým fluktuáciám,“ povedal spoluautor Gabriel Sorci: „To znamená, že samotný čas nesie kvantový charakter.“
Tento experiment rieši jeden z najväčších problémov modernej fyziky, rozpor medzi relativitou a kvantovou mechanikou. Relativita opisuje vesmír ako hladký a spojitý. Kvantová fyzika naopak tvrdí, že realita je rozkúskovaná a neistá. Doteraz tieto dva prístupy nešli dokopy. Práve tu prichádza zlom, pretože vedci po prvýkrát prinútili „relativistický čas“, aby sa správal kvantovo.
Fyzika teda možno dostala prvý funkčný most k tomu, čo sa často označuje ako „teória všetkého“.
Čas môže fungovať ako lokálna vlastnosť
Bežne používame jeden čas, napríklad stredoeurópsky. Fyzika však hovorí niečo iné, podľa nej má každý objekt svoj vlastný čas, tzv. „proper time“, teda „riadny čas“. Tento výskum ide ešte ďalej. Naznačil, že aj jediná častica môže mať viacero vlastných časov naraz. Čas v rámci výskumu prestáva vyzerať ako univerzálne pozadie, na ktorom sa všetko odohráva. Skôr pripomína vlastnosť konkrétneho objektu, podobne ako jeho poloha alebo rýchlosť.
Aj keď to znie abstraktne, výsledky majú konkrétne využitie. Extrémna citlivosť kvantového času môže viesť k novej generácii senzorov. Tie dokážu odhaliť napríklad ložiská surovín pod zemou alebo jemné gravitačné zmeny. Rovnako dôležitá je oblasť kvantových počítačov. Tie potrebujú presnú synchronizáciu. Lepšie pochopenie toho, ako čas funguje na kvantovej úrovni, zároveň pomôže stabilizovať komunikáciu medzi kvantovými systémami.
Zatiaľ ide o prvé kroky, no už tie naznačujú, že čas nie je taký jednoduchý, ako pôsobí. A ak sa tieto výsledky potvrdia v praxi, fyzika dostane nový nástroj na pochopenie úplne základných zákonov reality.
