Квантовая физика снова издевается над здравым смыслом. Исследователи доказали, что квантовые частицы света могут провести внутри среды меньше нуля секунд, буквально выходя из облака атомов до того, как окончательно в него войдут.
В классической макроскопической реальности всё предельно предсказуемо. Если луч света проникает сквозь какую-либо среду (воду, стекло или газ), его скорость падает. Фотон врезается в атом, тот забирает его энергию и переходит в «возбужденное» состояние, а спустя крошечную долю секунды выплевывает частицу света обратно. Физики называют это время групповой задержкой.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Но команда квантовой оптики под руководством Эфраима Штайнберга и Даниэлы Ангуло из Университета Торонто решила проверить пределы этого правила. Они соорудили магнитную ловушку, поместили туда облако атомов рубидия, заморозили его почти до абсолютного нуля и начали простреливать сверхслабыми импульсами, состоящими из одиночных фотонов.
У фотонов нет встроенного секундомера, поэтому исследователям понадобился трюк для слежки. Они использовали второй, «контрольный» лазер. Он работал как медицинский монитор: не взаимодействовал со светом напрямую, но по крошечным изменениям показателя преломления точно фиксировал, как долго атомы рубидия находились в возбужденном состоянии, переваривая пролетающий фотон.
Тут-то приборы и выдали аномалию. Выяснилось, что при настройке светового импульса на строго определенную резонансную частоту атомы возбуждались на отрицательное количество времени. Если бы вы подключили к рубидию квантовый секундомер, его стрелка уверенно пошла бы в обратную сторону.
На некоторых форумах эта новость быстро превратилась в обсуждение варп-двигателей и чертежей машины времени. В пресс-релизах зачастую упускают самую важную деталь, но в реальности физика этого процесса работает изящнее и сложнее.
Секрет кроется в волновой природе света. Световой импульс — не твердая пуля, а размазанная в пространстве волна с передним краем, пиком и хвостом. Когда такой импульс пролетает через резонирующие атомы рубидия в условиях сильной дисперсии, среда агрессивно поглощает и искажает заднюю часть волны. Из-за квантовой интерференции пик этой волны смещается вперед, выходя наружу быстрее, чем если бы он летел через вакуум.
Отличная аналогия здесь — длинный товарный поезд. Если во время движения задние вагоны внезапно отцепятся и застрянут в тоннеле, наблюдателю на платформе покажется, что «середина» поезда прибыла сильно раньше расписания. Примерно это и происходит с квантами света: их среднее время взаимодействия со средой смещается в минус.
Долгие годы теоретики ожесточенно спорили об эффекте «отрицательной задержки». Скептики считали его просто математическим фокусом, оптической иллюзией, не имеющей реального физического смысла. Но канадская команда, опираясь на теоретические выкладки Говарда Уайсмана из Университета Гриффита, экспериментально доказала обратное.
Отрицательное время оказалось измеримой, реальной физической величиной, описывающей историю взаимодействия частицы со средой на квантовом уровне. При этом теория относительности Эйнштейна не рушится: передний край световой волны (наш «бампер» поезда) все равно не превышает жесткий лимит скорости света. Передать информацию в прошлое этим методом не выйдет, поэтому результаты вчерашней лотереи остаются вне досягаемости.
Квантовая механика в очередной раз доказала полную неприменимость человеческой интуиции на субатомном уровне. Людям остается лишь смириться со своей медлительностью, ведь фотоны уже давно в совершенстве освоили искусство уходить с работы до того, как вообще туда пришли.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Можно ли путешествовать во времени или мешают парадоксы?
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.