Negatív idő létezését mutatja egy kvantumkísérlet

A kvantumfizika nehezen felfogható, furcsa világ. Aki még nem találkozott vele, a Torontói Egyetem friss kutatásából megismerkedhet az egyik ilyen, az általunk ismert valósággal kissé szembemenő jelenséggel, a negatív idővel. Annyit megelőlegezhetünk, hogy a jelek szerint az időnek léteznek szubatomi szinten meglepő kilengései, de ettől még nem találjuk Mézga Aladár és Köbüki világában magunkat.

A kanadai kutatók az eredeti kísérletet még 2022-ben végezték el, és viszonylag egyszerű volt: abszolút zéróhoz közeli hőmérsékletre hűtött rubídiumatomokat fényimpulzusokkal bombáztak. Az atomok elnyelték a fényt, magasabb energiájú, gerjesztett állapotba kerültek, szinte rögtön ezután visszatértek a legalacsonyabb energiájú állapotba, miután leadtak egy fotont. A cél az volt, hogy megmérjék, milyen gyorsan megy végbe ez a folyamat, mennyi késés mérhető a gerjesztés és a foton leadása között. Az eredmény több szempontból is más volt, mint amire számítottak.

Az egyik meglepetés az volt, hogy az atomok a foton elnyelődése nélkül is gerjedtek. A másik, hogy az atomok hamarabb leadták a fotonokat, mint ahogy az elnyelődés bekövetkezett volna.

Távolodó tegnaphajó

Utóbbi jelenség a különös negatív idő, aminek megértéséhez fontos, hogy a foton a fény részecskéje, de a fény természete egyszerre részecske és hullám. Esetünkben érdemes egy cerkával rajzolt hullámnak elképzelni, ami az anyagot jelképező téglalapba belép, és annak másik oldalán kicsit összenyomva lép ki. A fényimpulzus egy többféle hullámhosszú fényből összeálló hullámcsomag, a cerkával rajzolt hullámunk így egy átlagolt érték. Az anyaggal kölcsönhatásba lépve megváltoznak a hullámhosszok, és más lesz a kilépő csomag hulláma is. A negatív idő azt jelenti, hogy a folyamat siet, vagyis a kilépő hullám csúcsa már azelőtt megjelenik, mielőtt a bemenő hullám csúcsa elnyelődne. A furcsaság, hogy ami statisztikával megtámogatott víziónak tűnik, arról rendszerint kiderül, hogy kvantumszinten a valóság. Ez történik itt is.

A negatív késés paradoxonnak tűnhet, de annyit jelent, hogy ha egy kvantumórát építünk, hogy megmérjük, mennyi időt töltenek az atomok gerjesztett állapotban bizonyos körülmények között, az óramutató nem előre, hanem visszafelé mozdul

– magyarázta Josiah Sinclair, a Scientific American által bemutatott, de hivatalosan még nem közölt kutatás egyik szerzője.

Mindez nem forgatja fel, amit az időről eddig tudtunk. A tudósok szerint mivel a fotonok nem hordoztak információt, a kauzalitás, vagyis a fizikai okság nem sérült, a folyamat nem haladta meg a speciális relativitáselméletben lefektetett sebességkorlátot, a fénysebességet. Az eredmény ugyanakkor azt mutatja, hogy az optika területén az idő fizikai jelentősége nagyobb, mint amennyi figyelmet eddig fordítottak rá.

A kutatók jelenleg további kísérletekkel és más anyagokkal igyekeznek reprodukálni a különös jelenséget.

(Futurism, Popular Mechanics)