Alin4kDoDo
Леди
Ионные часы могут выявить странное сочетание квантовых и релятивистских эффектов, которые могут изменять течение времени.
Как выглядит время для квантового объекта? Ионные часы вскоре смогут ответить на этот вопрос. С их помощью физики собираются проверить, как время может растягиваться и замедляться в квантовом мире. Это позволит раскрыть неизведанные области физики.
Впервые идею о том, что время может замедляться предложил в своей специальной теории относительности Альберт Эйнштейн. Он показал, что по мере приближения скорости объекта к скорости света время для него идет медленнее, чем для неподвижного наблюдателя. Также Эйнштейн показал, что гравитационное поле также изменяет время. Авторы исследования хотели понять, может ли нечто подобное происходить со временем в квантовом мире, если измерять его с помощью ультрахолодных часов, сделанных из ионов.
По словам физиков, прошлые эксперименты всегда показывали нечто похожее на классическое время, которое не имеет никакого отношения к квантовой механике. Физики поняли, что существует режим, в котором для ионных часов это описание просто не работает.
Такие часы состоят из тысяч ионов, которые охлаждаются лазерами до температур, близких к абсолютному нулю. Ионы — это электрически заряженные частицы, которые образуются из атомов при потере или присоединении электронов.
При очень низкой температуре квантовые состояния ионов и электронов в ионных часах можно очень точно контролировать с помощью электромагнитных сил. Соответственно, ход ионных часов задается электронами, которые непрерывно колеблются между двумя квантовыми состояниями.
Поскольку работа ионных часов определяется законами квантовой механики, они идеально подходят для изучения того, как релятивистские и квантовые эффекты могут смешиваться, влияя на ход часов. Физики уже выявили несколько случаев, когда это должно происходить.
Впервые идею о том, что время может замедляться предложил в своей специальной теории относительности Альберт Эйнштейн
Фото: popularmechanics.com
Вместо того, чтобы оставаться абсолютно неподвижными даже при экстремально низких температурах квантовые объекты должны колебаться, случайным образом приобретая или теряя энергию. Расчеты физиков показывают, что эти колебания могут замедлять течение времени. Этот эффект можно увидеть во время экспериментов с ионными часами.
Ученые смоделировали, что произойдет, если сделать так, чтобы ионы часов находились в суперпозиции, то есть находились одновременно в нескольких квантовых состояний.
Физики обнаружили, что ход часов, определяемый электронами в ионах, станет неразрывно связан с движением самого иона. Таким образом ионы и электроны будут находиться в состоянии квантовой запутанности.
По словам авторов исследования, квантовый объект в суперпозиции не может испытывать только одно ощущение времени, но этот эффект никогда не наблюдался во время экспериментов. Физики считают, что должно стать возможным в ближайшем будущем.
Также для дальнейших экспериментов ученые хотят использовать еще один важнейший компонент физики – гравитацию. Ультрахолодные ионные часы могут регистрировать замедление времени, вызванное мельчайшими изменениями силы гравитации Земли. Но как именно этот эффект будет сочетаться с присущей часам квантовостью, остается открытым вопросом.
По словам физиков, в случае успеха такие эксперименты позволят изучить физические явления, которые ученые не могли исследовать раньше. И это несмотря на то, что квантовая теория и специальная теория относительности являются основой, на которой долгое время держится большая часть современной физики.
