Neviditelný čert

Na Live Science jsem narazil na článek, který se v rámci kvantové fyziky zabývá jedním podivným jevem. Díky speciálního experimentu se ukázalo, že fotony mohou zdánlivě opustit materiál dříve, než do něj vstoupí, což bylo považováno za důkaz existence něčeho jako negativního (záporného) času. Ten pojem je třeba brát s určitým nadhledem. Ve skutečnosti záporný čas neexistuje. Elementární částice se však někdy chovají jako by existoval. Následují komprimované a stylisticky poupravené výňatky z článku.

Lucifer

Kvantoví fyzici znají podivné, zdánlivě nesmyslné jevy: atomy a molekuly se někdy chovají jako částice, jindy jako vlny; částice mohou být navzájem spojeny „strašidelným působením na dálku“, a to i na velké vzdálenosti; a kvantové objekty se mohou odpoutat od svých vlastností. Nyní vědci pod vedením Daniely Angulo z Torontské univerzity odhalili další podivný kvantový výsledek: fotony mohou strávit záporné množství času prolétáváním oblakem zchlazených atomů. Jinými slovy, může se zdát, že fotony opouštějí materiál dříve, než do něj vstupují.

Nápad, jak tento efekt experimentálně ověřit, se zrodil v roce 2017 v laboratoři Torontské univerzity pod vedením Aephraima Steinberga. Steinberg a jeho kolega z laboratoře, tehdejší doktorand Josiah Sinclair, se tehdy zajímali o interakci světla a hmoty, konkrétně o jev zvaný atomová excitace: když fotony projdou prostředím a jsou absorbovány, elektrony vířící kolem atomů v tomto prostředí přeskočí na vyšší energetické hladiny. Když se tyto excitované elektrony vrátí do svého původního stavu, uvolní absorbovanou energii v podobě opětovně vyzářených fotonů, což způsobí časové zpoždění v pozorované době průchodu světla prostředím.

Sinclairův tým chtěl změřit toto časové zpoždění a zjistit, zda závisí na osudu daného fotonu: Byl rozptýlen a pohlcen uvnitř atomového mraku, nebo byl přenesen bez jakékoliv interakce? „V té době jsme si nebyli jisti, jaká je odpověď, a měli jsme pocit, že na tak základní otázku týkající se něčeho tak zásadního by mělo být snadné odpovědět,“ říká Sinclair. „Ale čím více lidí jsme oslovovali, tím více jsme si uvědomovali, že každý má sice svou vlastní intuici nebo odhad, ale že neexistuje žádná shoda odborníků na tom, jaká by měla být správná odpověď.“ Protože povaha těchto zpoždění může být tak zvláštní a neintuitivní, někteří vědci tento jev odepsali jako fakticky nesmyslný pro popis jakékoli fyzikální vlastnosti spojené se světlem.

Po třech letech plánování jeho tým vyvinul přístroj, který by měl tuto otázku zodpověděti. Jejich experimenty spočívaly v tom, že stříleli fotony do mraku ultrachladných atomů rubidia a měřili výsledný stupeň atomové excitace. Experiment přinesl dvě překvapení: Někdy fotony prošly bez úhony, ale atomy rubidia byly stále excitované – a to stejně dlouho, jako kdyby tyto fotony absorbovaly. Ještě podivnější je, že když byly fotony pohlceny, zdálo se, že jsou opětovně vyzářeny téměř okamžitě, mnohem dříve, než se atomy rubidia vrátí do základního stavu – jako by fotony v průměru opouštěly atomy rychleji, než se očekávalo. Fotony mohou způsobit, aby atomy strávily „záporné“ množství času v excitovaném stavu.

Tým poté spolupracoval s Howardem Wisemanem, teoretickým a kvantovým fyzikem z Griffithovy univerzity v Austrálii, aby navrhl vysvětlení. Teoretický rámec, který vznikl, ukázal, že doba, kterou tyto vysílané fotony strávily jako atomová excitace, se dokonale shoduje s očekávaným skupinovým zpožděním získaným světlem – a to i v případech, kdy se zdálo, že fotony byly znovu vyzářeny dříve, než atomová excitace odezněla.

Zdroj: Live Science, Quantum physicists discover 'negative time' in strange experiment

07.10.2024, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 0