Учёные предложили эксперимент, который позволит впервые проверить одну из самых необычных идей на стыке квантовой механики и теории относительности — существование времени в состоянии суперпозиции.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL). Авторы во главе с Игорем Пиковским (Igor Pikovsky) считают, что современные квантовые технологии уже接近 к тому уровню точности, который позволит наблюдать по-настоящему экзотические эффекты течения времени.

Время по Эйнштейну + квантовая неопределённость

Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, течение времени зависит от скорости движения и гравитационного поля: чем сильнее гравитация или выше скорость, тем медленнее идёт время. Однако когда речь заходит об объединении теории относительности с квантовой механикой, картина становится ещё более странной.

В квантовом мире объекты могут находиться в суперпозиции — сразу в нескольких состояниях одновременно. Классический пример — знаменитый «кот Шрёдингера», который до момента наблюдения считается одновременно живым и мёртвым. Исследователи предполагают, что нечто аналогичное может происходить и со временем.

Ионные часы как инструмент проверки

Для проверки этой гипотезы учёные предлагают использовать самые точные в мире ионные часы. В этих устройствах отдельные ионы охлаждают почти до абсолютного нуля и с помощью лазеров тщательно контролируют их квантовые состояния. Современные ионные часы уже способны фиксировать замедление времени, вызванное тепловыми колебаниями атомов на уровне, близком к фантастическому.

Исследование проводилось совместно с учёными из Университета штата Колорадо и Национального института стандартов и технологий (NIST) США.

«Физика по-прежнему полна фундаментальных загадок. Квантовые технологии дают нам новые инструменты, чтобы их исследовать», — отметил Игорь Пиковский.

Как будет выглядеть суперпозиция времени

По замыслу авторов, достаточно чувствительные часы в определённых условиях смогут одновременно «идти» с разной скоростью, оставаясь связанными со своим собственным квантовым движением. Один и тот же временной интервал теоретически может испытывать и ускорение, и замедление одновременно.

Такой эффект станет прямым проявлением квантовой природы времени — явления, которое до сих пор оставалось чисто теоретическим.

Почему это важно

Если эксперимент удастся, это будет не просто подтверждением очередной экзотической теории. Получение экспериментальных данных о квантовой природе времени может стать важным шагом к созданию полноценной теории квантовой гравитации — одной из главных нерешённых задач современной физики.

Пока речь идёт о предложении эксперимента, но авторы уверены, что стремительное развитие квантовых технологий в ближайшие годы сделает такую проверку вполне реалистичной.

Вкратце

Физики под руководством Игоря Пиковского предложили использовать сверхточные ионные часы для проверки гипотезы о том, что время может находиться в квантовой суперпозиции и одновременно течь быстрее и медленнее. Работа, опубликованная в Physical Review Letters, объединяет эффекты теории относительности с принципами квантовой механики. Если эксперимент удастся, это станет одним из самых необычных подтверждений квантовой природы времени и важным шагом к пониманию фундаментальных законов Вселенной.