Neočakávané sa stalo realitou. Fyzici namerali „záporný čas“

Predstav si, že by si dorazil na miesto skôr, než si sa vydal na cestu. V bežnom svete je to nezmysel. V kvantovej fyzike však niečo podobné naozaj existuje a najnovší experiment to potvrdzuje presnejšie než kedykoľvek predtým.

Vedci skúmali správanie fotónov, teda základných častíc svetla, pri prechode cez oblak atómov rubídia. Ide o prostredie, kde môže dôjsť k tzv. rezonancii: energia fotónu sa na krátky čas prenesie na atóm a následne sa opäť uvoľní. Inak povedané, fotón sa v atómoch „zdrží“, než pokračuje ďalej.

Znie to jednoducho, no kvantová mechanika do hry prináša zásadný háčik. Aby mohol tento proces fungovať, fotón musí mať presne definovanú energiu. Podľa Heisenbergovho princípu neurčitosti to však znamená, že jeho čas príchodu je nepresný. Vieme teda určiť iba priemerný moment, kedy vstúpi do oblaku atómov.

Vo väčšine prípadov sa fotón pri interakcii s atómami rozptýli a pokračuje iným smerom. Len malé množstvo fotónov prejde priamo cez oblak bez odchýlky. A práve tie sa správajú najzvláštnejšie.

Téme sa venoval portál The Conversation.

Fotón dorazí skôr, než by mal

Keď vedci porovnali očakávaný čas príchodu fotónu na druhú stranu oblaku s reálnym meraním, objavili niečo prekvapivé. Fotón dorazil skôr, než by mal, ak by sa pohyboval bežnou rýchlosťou svetla.

Rozdiel bol dokonca taký výrazný, že z výpočtov vyšlo, akoby fotón strávil v oblaku „záporný čas“. Inými slovami, akoby z neho vyšiel ešte predtým, než doň vstúpil.

NASA/ESA/Hubble Heritage Team/AURA/B. Whitmore et al./Freepik

Podobný efekt bol pozorovaný už v minulosti, napríklad v 90. rokoch. Dlhé roky sa však považoval skôr za matematickú zvláštnosť než reálny jav. Vysvetlenie znelo, že cez oblak prejde len úplný začiatok svetelného impulzu, zatiaľ čo zvyšok sa rozptýli. Výsledok potom len vytvára ilúziu skoršieho príchodu.

Nový experiment však tento pohľad zásadne spochybňuje.

Atómy „potvrdili“ záporný čas

Vedci sa rozhodli zmerať situáciu úplne iným spôsobom. Namiesto sledovania samotného fotónu sa zamerali na atómy, cez ktoré prechádzal. Konkrétne zisťovali, ako dlho v nich bola uložená energia fotónu.

Pri kvantových systémoch je meranie komplikované, samotné pozorovanie totiž mení správanie systému. Presné meranie by dokonca zabránilo interakcii medzi fotónom a atómami, čo je jav známy ako kvantový Zenónov efekt.

Midjourney/Freepik (Úprava redakcie)

Riešením bolo tzv. slabé meranie. Vedci použili veľmi jemný laser, ktorým sledovali drobné zmeny v stave atómov bez toho, aby ich výrazne ovplyvnili. Jednotlivé merania boli nepresné, no po miliónoch opakovaní získali spoľahlivý priemer.

Výsledok bol prekvapivý. Čas, ktorý fotón podľa atómov strávil v oblaku, bol rovnaký „záporný čas“, aký vyplýval z merania jeho príchodu. Dve úplne odlišné metódy tak viedli k identickému záveru.

To je kľúčové zistenie. Naznačuje, že nejde len o ilúziu spôsobenú meraním, ale o skutočný fyzikálny efekt.

Kvantová realita je stále plná paradoxov

Neznamená to však, že sa blížime k cestovaniu v čase. Experiment je plne vysvetliteľný existujúcimi zákonmi kvantovej fyziky a neporušuje žiadne základné princípy, ako je napríklad kauzalita.

Ukazuje však niečo iné – že pojmy ako čas a trvanie nemajú v kvantovom svete rovnaký význam ako v našej každodennej skúsenosti. Častice sa nesprávajú intuitívne a ich vlastnosti môžu mať hodnoty, ktoré by sme v klasickej fyzike považovali za nemožné.

Pre vedcov ide o ďalší krok k hlbšiemu pochopeniu kvantových procesov. Pre nás ostatných je to pripomienka, že realita na najmenších škálach funguje úplne inak, než ako ju vnímame.

A hoci „záporný čas“ znie ako sci-fi, v laboratóriu ide o presne merateľný jav. Kvantová fyzika tak opäť dokazuje, že aj po desaťročiach výskumu má stále čo prekvapiť.

Čítajte viac z kategórie: Novinky