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.
Исследование, описывающее этот эффект, показывает, что суперпозиция — способность атома существовать более чем в одном состоянии одновременно — приводит к коррекции атомных часов, известной как «квантовое замедление времени».
Исследование, опубликованное сегодня (23 октября 2020 года) в журнале Nature Communications , учитывает квантовые эффекты, выходящие за рамки теории относительности Альберта Эйнштейна, чтобы сделать новое предсказание о природе времени.
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.
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 полное практическое значение квантового замедления времени.