Jak działa czas? Zegar kwantowy podważa dotychczasową wiedzę

Jak działa czas? To odkrycie zaskoczyło badaczy

Całe nasze życie opiera się na przekonaniu, że czas płynie równo i spokojnie, niezależnie od tego, co robimy. Fizyka od dawna pokazuje jednak, że to tylko wygodne przyzwyczajenie. Albert Einstein udowodnił, że czas nie jest taki sam dla wszystkich. Zależy między innymi od prędkości i grawitacji.

Teraz fizycy zadają jeszcze dziwniejsze pytanie. Czy czas w świecie kwantowym może zachowywać się zupełnie inaczej, niż dotychczas sądziliśmy? Eksperci między innymi ze Stevens Institute of Technology oraz Colorado State University sugerują, że w przyszłości niezwykle precyzyjne zegary atomowe mogą pomóc sprawdzić, czy kwantowa superpozycja dotyczy także upływu czasu.

Kwantowa superpozycja czasu bez science fiction

O co dokładnie chodzi? W świecie kwantowym obiekt przed pomiarem może pozostawać w kilku możliwych stanach naraz. Jeśli dotyczy to także zegara atomowego, a ruch wpływa na tempo i upływ czasu, taki zegar mógłby „nieść” w sobie więcej niż jeden rytm czasu. Nie oznacza to dwóch osobnych czasów, lecz jedną kwantową sytuację, która dopiero w chwili pomiaru przybiera konkretną postać.

Najbardziej znanym przykładem podobnej zasady jest kot Schrödingera. W eksperymencie myślowym zwierzę pozostaje jednocześnie żywe i martwe, dopóki nie dojdzie do pomiaru. Naukowcy sprawdzają, czy podobna logika może dotyczyć zegarów.

Nie twierdzą, że czas naprawdę płynie jednocześnie szybciej i wolniej w naszym codziennym świecie. Chodzi raczej o to, że w świecie kwantowym zegar może pozostawać w stanie opisującym kilka możliwych temp upływu czasu jednocześnie. Dopiero pomiar porządkuje ten obraz.

Einstein już pokazał, że czas oszukuje

Mimo że brzmi to bardzo abstrakcyjnie, nie jest pomysłem pozbawionym naukowego uzasadnienia. Fizyka już od dawna wie, że czas nie jest tak prosty. Wspomniany na początku artykułu Albert Einstein pokazał, że nie płynie wszędzie tak samo. Zależy od grawitacji oraz prędkości. A fizycy udowadniają, że na poziomie atomów świat jest rozmyty, oparty na prawdopodobieństwie i opisywany przez możliwe stany.

Problem zaczyna się tam, gdzie te dwie wielkie teorie próbują się spotkać. Teoria względności mówi o czasie zależnym od ruchu i grawitacji. Mechanika kwantowa o świecie, który przed pomiarem nie zawsze ma jedną określoną postać. Gdy fizycy próbują połączyć te dwa obrazy, wraca jedno z najtrudniejszych pytań: czym tak naprawdę jest i jak działa czas?

Zegar jonowy wchodzi do gry

Aby sprawdzić, czy czas może mieć zupełnie inne funkcje, niż dotychczas sądziliśmy, badacze przeanalizowali zegary jonowe. To najdokładniejsze przyrządy do pomiaru na świecie. Dzięki ich niezwykłej precyzji fizycy mogą pytać nie tylko o to, jak dokładnie mierzyć czas. Mogą też sprawdzać, jak funkcjonuje zegar w świecie kwantowym.

Jak czytamy w artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym Physical Review Letters, istnieje możliwość pojawienia się nowych efektów kwantowych powiązanych z czasem. Pojedynczy zegar mógłby tykać zarówno wolniej, jak i szybciej, jednocześnie splatając się z własnym ruchem kwantowym.

Oczywiście najnowsze wnioski nie oznaczają, że wskazówki zegara naprawdę się rozdwajają. Mowa o stanie kwantowym, który opisuje dwie różne wersje upływu czasu jednocześnie, zanim dojdzie do pomiaru.

Odkrycia z fizyki bez podróży w czasie

Na razie to możliwość, a nie potwierdzona obserwacja. Badacze mają jednak nadzieję, że w przyszłości uda się sprawdzić ten efekt w rzeczywistym eksperymencie. Jeśli tak się stanie, będzie to jedno z tych odkryć z fizyki, które nie zmieniają od razu codziennego życia, ale mogą zmienić sposób myślenia o rzeczywistości. Bo to właśnie tu pojawia się zasadnicze pytanie: czy czas jest tylko tłem dla wydarzeń, czy sam może mieć właściwości kwantowe?

W tym tkwi sedno tych badań. Bo tu nie chodzi o podróże w czasie, czy jakieś definicje rodem z filmów SF. Pytanie jest, czy czas, którym odmierzamy nasze życie, pracę, spotkania, randki, przypadkiem na innym, głębszym poziomie nie płynie inaczej niż sądzimy. Bo wtedy, puentując pół żartem pół serio- nawet odpowiedź na pytanie „która jest godzina” nie byłaby taka oczywista.

Warto przeczytać: Stało się. Pierwsza prawdziwa teleportacja kwantowa jest faktem