Kvantumfizikusok váratlan bizonyítékot találtak a "negatív időre"

A kvantummechanika világában, ahol a valóság gyakran ellentmond a mindennapi logikának, egy nemrégiben közzétett felfedezés a Torontói Egyet...

A kvantummechanika világában, ahol a valóság gyakran ellentmond a mindennapi logikának, egy nemrégiben közzétett felfedezés a Torontói Egyetem kutatói részéről egyszerre váltott ki izgalmat és vitát.

Éveken át a tudósok különös jelenségeket észleltek a fénnyel kapcsolatban, beleértve azt is, amikor a fény látszólag hamarabb hagyja el az anyagot, mint ahogy belépne. Bár ezeket a hatásokat hagyományosan torzulásként könyvelték el, egy új tanulmány most azt sugallja, hogy a "negatív idő" kézzelfogható jelenség lehet, amely megérdemli a közelebbi vizsgálatot.

A precízen megtervezett kvantumkísérletek során a csapat, amelyet Aephraim Steinberg és Daniela Angulo vezetett, azt állítja, hogy sikerült kimutatniuk a negatív idő fizikai létezését. Bár az eredmények még nem jelentek meg szakmai lektorálású folyóiratban, máris globális figyelmet keltettek, és vitákat váltottak ki a fizikusok körében. (1)

A negatív idő természete

A negatív idő fogalma talán sci-fi ötletnek tűnik, de Steinberg védi annak használatát, remélve, hogy ez mélyebb kutatásokra ösztönöz másokat is a kvantummechanika terén. "Ez kemény dió, még más fizikusokkal is nehéz róla beszélnünk. Gyakran félreértenek minket," - mondta.

A kutatás középpontjában egy egyszerű, mégis zavarba ejtő kérdés áll: Mennyi ideig maradnak az atomok "gerjesztett" állapotban, miután fotonokat nyeltek el? Amikor a fotonok, vagyis a fény részecskéi áthaladnak az atomokon, ideiglenesen elnyelődnek, ami magasabb energiaállapotba helyezi az atomokat. Az atomok végül visszatérnek normál állapotukba, miközben újra kibocsátják a fotonokat. A csapat azonban azt találta, hogy ennek a gerjesztett állapotnak az időtartama kevesebb, mint nulla - negatív idő.

Steinberg egy gondolatkísérlettel próbálja megvilágítani ezt az ellenintuítív elképzelést: Képzeljük el, hogy autók hajtanak be egy alagútba különböző időpontokban. Miközben az autók átlagos belépési ideje például dél, az első autók már 11:59-kor kijöhetnek az alagútból. Az ilyen eredményeket korábban értelmetlennek tekintették, de Angulo és kollégái fejlett méréseikkel új dimenziót tártak fel ezekben az interakciókban.

A kísérleti elrendezés

A kísérleteket egy alagsori laboratóriumban végezték, tele vezetékekkel, lézerekkel és alufóliába burkolt eszközökkel. Évekig tartó aprólékos finomhangolásra volt szükség a folyamat optimalizálásához, miközben a lézereket gondosan kalibrálták, hogy elkerüljék a torzításokat. A kutatás kulcsa az volt, hogy pontosan irányítsák, hogyan lépnek kölcsönhatásba a fotonok az atomokkal, és hogyan figyelik meg azok energiaállapotát.

Fontos, hogy a csapat hangsúlyozza: ezek az eredmények nem sugallják az időutazás lehetőségét, és nem sértik Einstein speciális relativitáselméletét. "Nem akarjuk azt állítani, hogy bármi visszafelé utazott volna az időben," - magyarázta Steinberg. Az eredmények inkább a kvantummechanika természetéből fakadnak, ahol az események valószínűségi tartományban történnek, ahelyett, hogy szigorú idővonalhoz ragaszkodnának.

Ebben a keretrendszerben a fotonok nem úgy viselkednek, mint részecskék egy előre meghatározott úton. Az interakcióik olyan módon bontakoznak ki, amely néha ellentmond a megszokott ok-okozati elvárásoknak. Ráadásul ezek a fotonok nem hordoztak információt, így biztosítva a relativitáselmélet kozmikus sebességhatárának betartását.

Megosztó felfedezés

A negatív idő fogalma érthető módon vitát váltott ki a tudományos közösségben. A német elméleti fizikus, Sabine Hossenfelder egy népszerű YouTube-videóban szkepticizmusának adott hangot, amelyben azt állította, hogy a jelenség inkább a fotonok fáziseltolódásaként értelmezhető, amikor azok áthaladnak egy közegen, semmint az idő valódi újradefiniálásaként.

Angulo és Steinberg azonban azt állítják, hogy kutatásuk egy mélyebb rejtélyre világít rá: miért nem mindig állandó a fény sebessége. Miközben elismerik, hogy munkájuk provokatív megfogalmazású, kitartanak a kísérleti eredmények mellett, hangsúlyozva, hogy adataikat eddig senki sem cáfolta meg.

"Döntöttünk arról, hogy mi az a gyümölcsöző irány, amelyben érdemes értelmezni az eredményeket," - mondta Steinberg. Bár a felfedezés gyakorlati alkalmazása egyelőre nem világos, úgy véli, hogy az eredmények új utakat nyitnak a kvantumviselkedés finomságainak vizsgálatához.

Következmények és jövőbeni irányok

Míg a negatív idő közvetlen hatásai nagyrészt elméletiek, a kutatás kiemeli a kvantummechanika gazdagságát, mint a vizsgálódás területét. Steinberg és csapata számára a cél nem az, hogy felforgassák a megalapozott fizikát, hanem hogy kitolják a mérhető és megmagyarázható határait. "Őszintén szólva, jelenleg nincs egyértelmű út ahhoz, hogy amit vizsgálunk, alkalmazásokhoz vezessen," - ismerte el Steinberg. "Tovább fogunk gondolkodni rajta, de nem akarok senkiben hamis reményeket kelteni."

Ez a munka emlékeztet arra, hogy a tudomány gyakran apró lépésekkel halad előre, nem pedig drámai forradalmakkal. A negatív idő, bármennyire is zavarba ejtő, rámutat arra, hogy az univerzum mennyire különös és csodálatos módon működik a kvantumskálán - egy olyan birodalomban, ahol az intuíciót a kísérleteknek és az adatoknak kell felváltania.

Ahogy a viták folytatódnak, és további tanulmányok vizsgálják ennek a jelenségnek a határait, egy dolog biztos: a negatív idő már nem csupán elméleti kíváncsiság. Ez a kvantumvilág kézzelfogható aspektusa, amely új kapukat nyit a fény, az anyag és az idő természetének megértéséhez. (2)

(1) - https://arxiv.org/abs/2409.03680
(2) - https://www.sciencealert.com/quantum