Странный квантовый эксперимент показал, что «отрицательное время» — не иллюзия

Физики из Университета Торонто провели эксперимент, результаты которого заставляют пересмотреть представления о природе времени на квантовом уровне. Исследователи обнаружили, что фотоны, проходя через облако атомов рубидия, покидают его раньше, чем туда входят — в среднем на отрицательную величину. Удивительно, но сами атомы подтверждают этот результат, если их «спросить» с помощью сверхточных измерений. Статья опубликована в Physical Review Letters.

Эффект, при котором фотон, проходящий через резонансную среду, выходит из неё раньше, чем должен был бы, известен уже несколько десятилетий. Ещё в 1993 году учёные наблюдали, что фотоны, прошедшие сквозь облако атомов, достигают детектора на удивление рано. Однако большинство физиков считали это артефактом: предполагалось, что через среду проходит лишь передняя часть длинного светового импульса, а основная его часть рассеивается, что и создаёт иллюзию «отрицательного времени». Но команда профессора Эфраима Стейнберга решила проверить, действительно ли это просто обман восприятия.

В новом эксперименте физики поставили вопрос иначе: вместо того чтобы вычислять время прохождения фотонов, они решили измерить, сколько времени фотоны «гостят» внутри атомов, превращаясь в атомные возбуждения. Для этого они использовали слабые измерения — очень неточные, но калиброванные, которые позволили отслеживать состояние атомов, не разрушая квантовый эффект. Метод, известный как квантовый эффект Зенона, обычно препятствует наблюдению подобных процессов, но слабые измерения позволили обойти это ограничение.

Результат оказался поразительным. Время, проведённое фотонами внутри атомного облака, измеренное слабыми зондами, в точности совпало с отрицательным значением, вычисленным на основе времени прибытия фотонов. Это означало, что отрицательное время — не артефакт, а реальный физический эффект, подтверждаемый атомами.

«До нашей работы никто не подозревал, что два этих параметра, измеренные совершенно разными способами, окажутся равными», — пояснил Джозайя Синклер, один из участников исследования. Критически важно, что отрицательное значение, измеренное слабыми зондами, нельзя объяснить тем, что через облако проходит только передняя часть импульса, — так что это не артефакт, а реальный эффект, который оставляет прямо измеримый след в атомной среде.

Означает ли это, что путешествия во времени возможны? Нет. Эксперимент полностью укладывается в стандартную квантовую физику и не нарушает принципов причинности. Но он показывает, что в квантовом мире «отрицательное время» — это не парадокс, а измеримый феномен, который бросает вызов привычной логике. Как выразился Синклер, «это напоминает нам, что в одиссее квантовых исследований ещё остаются неизведанные земли».