Явление квантовой механики, известное как суперпозиция, может повлиять на хронометраж в высокоточных часах. Суперпозиция - способность атома существовать более чем в одном состоянии одновременно - приводит к коррекции атомных часов, известной как «квантовое замедление времени».
В работе «Квантовые часы показывают классическое и квантовое замедление времени»опубликованной 23 октября 2020 г. Nature Communications исследователи Александр Смит и Мехди Ахмади в ходе эксперимента выяснили, что суперпозиция выявляет способность каждого атома существовать более чем в одном состоянии одновременно.
Это приводит к изменению данных в атомных часах, а возникающее при этом состояние трактуется как квантовое замедление времени. Учитывая квантовые эффекты, которые выходят за рамки общепринятой теории относительности, ученые намерены сделать выводы о новом течении времени. Александр Смит, доцент кафедры физики в колледже Святого Ансельма, отметил, что в каждом новом случае, когда наука стремится разработать новый вид и тип часов, о мире исследователи узнают совершенно неожиданные новые факты. Квантовое замедление времени является следствием как квантовой механики, так и теории относительности Эйнштейна.
«Физики десятилетиями пытались учесть динамическую природу времени в квантовой теории», - сказал Мехди Ахмади, преподаватель Университета Санта-Клары, соавтор исследования. «В своей работе мы прогнозируем поправки к релятивистскому замедлению времени, которые происходят из-за того, что часы, используемые для измерения этого эффекта, являются квантово-механическими по своей природе».
На основании этих наблюдений необходимо сделать вывод, что квантовое замедление предлагает новую возможность проверить фундаментальную физику на пересечении прежних выводов и теорий.
В начале прошлого века Эйнштейн представил общую и совершенно революционную картину пространства и времени. Он сумел доходчиво доказать, что время, измеряемое часами, зависит от того, насколько быстро они движутся. Если скорость движения хоть немного увеличивается, то скорость тика часов пропорционально уменьшается.
Это оказалось радикальным отходом от абсолютного представления сэра Исаака Ньютона о времени. Часам позволяет двигаться квантовая механика, теория движения, управляющая атомным миром. Это как если бы одновременно двигались разные суперпозиции квантовых скоростей.
Для разработки новой теории ученым понадобилось объединить новые методы квантовой информатики с теорией, которая была разработана 40 лет назад. Новый способ объясняет, каким образом время может возникнуть из квантовой теории гравитации.
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.
Атомные часы - прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул.
Атомные часы важны в навигации. Определение положения космических кораблей, спутников, баллистических ракет, самолётов, подводных лодок, а также передвижение автомобилей в автоматическом режиме по спутниковой связи (GPS, ГЛОНАСС, Galileo) невозможны без атомных часов. Атомные часы используются также в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, в том числе в базовых станциях мобильной связи, международными и национальными бюро стандартов и службами точного времени, которые периодически транслируют временные сигналы по радио.
