Физики из США объединили квантовую механику с главной теорией Эйнштейна. У них получились «часы Шрёдингера»
Научпоп25 октября 2020, 07:00
Одним из самых известных мысленных экспериментов в физике является «парадокс близнецов», который впервые описал Альберт Эйнштейн.
Этот парадокс заключается в следующем: если отправить одного человека в далекое космическое путешествие на скорости, близкой к скорости света, по прибытию на Землю он будет моложе, чем его брат-близнец, который никуда не летал.
Такой эффект объясняется специальной теорией относительности Эйнштейна и означает, что чем быстрее вы движетесь — тем медленнее для вас идет время.
Современные американские физики попробовали объединить «парадокс близнецов» с популярным эффектом квантовой механики — квантовой суперпозицией. В результате они открыли феномен квантового замедления времени или «часы Шредингера».
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Согласно результатам нового исследования ученых из Дартмутского колледжа, колледжа Святого Ансельма и Университета Санта-Клары, квантовая суперпозиция может повлиять на хронометраж времени в высокоточных атомных часах.
Такие часы измеряют время за счет воздействия на атомы определенного вещества (как правило, металла) и их перехода из одного энергетического состояния в другое. Этот метод называется «энергетической ловушкой» и он позволяет измерить время с минимальными погрешностями.
Квантовая суперпозиция, в свою очередь, — это способность атома существовать более чем в одном состоянии одновременно. Самый популярный мысленный эксперимент с квантовой суперпозицией называется котом Шредингера.
В своей новой работе ученые из США предположили, что атомные часы измеряют время, находясь при этом в состоянии квантовой суперпозиции.
«Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, когда часы работают относительно других часов, время, показываемое на них, замедляется. Но квантовая механика позволяет вам задуматься о том, что произойдет, если эти часы будут двигаться в суперпозиции двух разных скоростей», — объясняют авторы исследования.
Американские физики выяснили, что в условиях квантовой суперпозиции, при которых одни квантовые часы будут перемещаться со скоростью несколько метров в секунду, а другие — останутся неподвижными, даже такой высокоточный инструмент испытает эффект эйнштейновского замедления времени.
Исследователи назвали это квантовым замедлением времени или «часами Шредингера».
Несмотря на то, что замедление времени в этом эксперименте было незначительным и незаметным для человека, он позволил объединить две сферы в физике, которые до сих пор развивались порознь, — специальную теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику.
Ученые предполагают, что в ближайшие 5−10 лет они смогут повторить этот теоретический эксперимент в лабораторных условиях с настоящими атомными часами.
Напомним, пару лет назад ученые из Колорадо определили, что колебания атомов иттербия позволяют создать самые точные атомные часы в мире с погрешностью всего в 0,5 секунды за 14 млрд лет.
Предыдущие самые точные часы отставали на одну секунду за 160 тыс. лет, а новый механизм с иттербием может сохранять погрешность в пределах одной секунды, даже если бы его запустили во время Большой взрыва.