Эксперимент со светом показал атомы в «отрицательном» времени

Квантовая механика просто не может не быть странной. Последняя вещь — отрицательное время, и свет, проходящий через облако атомов, может показаться сначала выходящим из него, прежде чем попасть внутрь. К сожалению, это не машина времени, но как минимум любопытное явление с интригующими последствиями для оптических приложений.

Представьте, что вы посылаете импульс света через облако атомов. Атомы находятся при температуре, очень близкой к абсолютному нулю, всего на десятки микроградусов выше.

Свет, проходящий через них, обычно взаимодействует с ними. Фотоны поглощаются (создавая атомное возбуждение), а затем переизлучаются. В целом, свет приобретает групповую задержку.

Что забавно, так это то, что эта групповая задержка теоретически может быть отрицательной. Команда физиков использовала свет, частота которого близка к резонансной частоте атомов в облаке – это означает, что возбужденным атомам требуется много времени, чтобы выпустить свой фотон. Но в этом эксперименте групповая задержка может оказаться отрицательной: происходит что-то странное.

Очевидно, что фотоны – частицы света – не путешествуют во времени (для них его вообще не существует). Экспериментальная установка указывает на квантовую странность взаимодействия определенного света с определенным набором атомов.

Концепция «сейчас» в квантовых терминах немного менее фиксирована, что делает это взаимодействие невозможным для нашего стандартного взгляда на время как на линейную прогрессию от прошлого к будущему, так называемая стрела времени.

Атомы проводят отрицательное время в возбужденном состоянии; или, иначе говоря, фотоны не накапливают никакой задержки времени, проходя через облако – на самом деле, они выходят еще до того, как вошли в него.

«Это заняло положительное количество времени, но наш эксперимент, наблюдающий, что фотоны могут заставить атомы проводить *отрицательное* количество времени в возбужденном состоянии, завершен!» — говорит старший автор исследования Эфраим Стейнберг из Университета Торонто.

Работа ожидает рецензирования, но поднимает интересный вопрос о концепции отрицательного времени. Команда ученых утверждает, что «[эти] результаты предполагают, что отрицательные значения, принимаемые временем, имеют большее физическое значение, чем обычно оценивается».

Препринт исследования доступен на arXiv.