Теория хронометража сочетает в себе квантовые часы и теорию относительности Эйнштейна

Дата публикации: 26 октября 2020

Согласно теоретическому исследованию Дартмутского колледжа, колледжа Святого Ансельма и Университета Санта-Клары, явление квантовой механики, известное как суперпозиция, может повлиять на хронометраж в высокоточных часах, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications.

Исследование, описывающее эффект, показывает, что суперпозиция - способность атома существовать более чем в одном состоянии одновременно - приводит к коррекции атомных часов, известной как «квантовое замедление времени».

Исследование учитывает квантовые эффекты, выходящие за рамки теории относительности Альберта Эйнштейна, чтобы сделать новое предсказание о природе времени.

«Каждый раз, когда мы разрабатываем более совершенные часы, мы узнаем что-то новое о мире, - сказал Александр Смит, доцент кафедры физики в колледже Святого Ансельма и адъюнкт-профессор в Дартмутском колледже. - Квантовое замедление времени является следствием как квантовой механики, так и теории относительности Эйнштейна, и, таким образом, предлагает новую возможность проверить фундаментальную физику на их пересечении».

В начале 1900-х годов Альберт Эйнштейн представил революционную картину пространства и времени, показав, что время, измеряемое часами, зависит от того, насколько быстро они движутся - по мере того, как скорость часов увеличивается, скорость их тика уменьшается. Это было радикальным отходом от абсолютного представления сэра Исаака Ньютона о времени.

Квантовая механика, теория движения, управляющая атомным миром, позволяет часам двигаться так, как если бы они одновременно двигались с двумя разными скоростями: квантовая «суперпозиция» скоростей. В исследовательской статье эта возможность учитывается и предлагается вероятностная теория хронометража, которая привела к предсказанию квантового замедления времени.

Чтобы разработать новую теорию, команда объединила современные методы квантовой информатики с теорией, разработанной в 1980-х годах, которая объясняет, как время может возникнуть из квантовой теории гравитации.

«Физики десятилетиями пытались учесть динамическую природу времени в квантовой теории, - сказал Мехди Ахмади, преподаватель Университета Санта-Клары, соавтор исследования. - В нашей работе мы прогнозируем поправки к релятивистскому замедлению времени, которые проистекают из того факта, что часы, используемые для измерения этого эффекта, имеют квантово-механическую природу».

Точно так же, как датирование по углероду полагается на распадающиеся атомы для определения возраста органических объектов, время жизни возбужденного атома действует как часы. Если такой атом движется в суперпозиции разных скоростей, то его время жизни будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от характера суперпозиции относительно атома, движущегося с определенной скоростью.

Поправка к времени жизни атома настолько мала, что ее невозможно измерить в терминах, имеющих смысл в человеческом масштабе. Но возможность учесть этот эффект может позволить провести проверку квантового замедления времени с использованием самых современных атомных часов.

Точно так же, как применение квантовой механики для медицинской визуализации, вычислений и микроскопии могло быть трудно предсказать, когда эта теория разрабатывалась в начале 1900-х годов, еще слишком рано представить себе все практические последствия квантового замедления времени.

 

Источник: www.eurekalert.org

Поделиться: