Fyzika sa ohýba: Vedci pozorovali fotóny v „zápornom čase“

Nedávno svet fyziky otriasli nové zistenia, ktoré naznačujú, že čas na kvantovej úrovni môže mať dokonca aj záporný znak. Znie to ako sci-fi, však? Ale vedci z University of Toronto's Steinberg lab už niekoľko rokov experimentujú s týmto javom a nedávne štúdie priniesli prekvapivé potvrdenia. Nebojte sa, nejde o cestovanie časom – ale o hlboké ponorenie do zvláštností kvantového sveta!

Kľúčové poznatky

• Záporný čas na kvantovej úrovni: Experimenty naznačujú možnosť existencie času s negatívnym znamienkom v kvantových systémoch.
• „Excitation without loss“: Fotóny sa zjavne môžu "vznášať" v atómoch po dobu, ktorú by sme považovali za zápornú.
• Neznamená to cestovanie časom: Vedci zdôrazňujú, že tieto zistenia neohrozujú princípy relativity a nemajú nič spoločné s cestovaním do minulosti.
• Kvantová interferencia: Záporná doba je pravdepodobne výsledkom kvantovej interferencie – fotóny sledujú viacero ciest naraz.
• Potenciálne aplikácie: Hoci je to zatiaľ teoretické, výskum negatívneho času by mohol v budúcnosti prispieť k pokroku v oblasti kvantových počítačov a pamäti.

Ako sa to stalo? Cesta za záporným časom

Počiatočné experimenty sa zamerali na tzv. „group delay“ – oneskorenie svetelných pulzov pri prechode cez materiál. Zistilo sa, že v niektorých prípadoch svetlo vyjde z materiálu skôr, ako úplne vstúpi, čo vedci spočiatku pripisovali deformácii vlny.

Neskôr sa však výskum posunul k meraniu času, ktorý fotón strávi vo vnútri atómu – tzv. „resting time“ alebo „dwell time“. A tu nastal prekvapivý zvrat: vedci zistili, že fotóny môžu tráviť v atómoch dobu s negatívnym znamienkom! Tento jav bol nazvaný „excitation without loss“, pretože fotón po interakcii s atómom opäť vyjde von bez straty energie.

Nedávna štúdia z roku 2025 ukázala, že negatívny group delay a negatívny čas excitácie atómu sú v skutočnosti ekvivalentné! To posilnilo presvedčenie, že ide o reálny fyzikálny jav, nielen optický klam.

Kvantová interferencia – tajomstvo záporného času?

Ako je to možné? Vedci predpokladajú, že za tým stojí kvantová interferencia. Predstavte si fotón ako malú guľu, ktorá sa môže rozhodnúť, či interaguje s atómom alebo nie. V skutočnosti sleduje obe cesty naraz! Keď sa tieto dve vlny stretnú a navzájom sa rušia (deštruktívna interferencia), výsledkom je negatívny čas.

Potvrdenie a čo to znamená?

Následné experimenty s Rubídiom 85 potvrdili, že tento jav nielen náhodou alebo ilúziou. Zistenia naznačujú hlboké prepojenie medzi kvantovým svetom a koncepciou času. Tiež poukazujú na dôležitý koncept známy, ako „kvantová kontextualita“ – to znamená, že výsledky meraní závisia od celého experimentálneho usporiadania, nielen od jednotlivých častíc.

Nebojte sa, cestovanie časom nehrozí!

Je dôležité zdôrazniť, že tieto zistenia neznamenajú cestovanie časom. Einsteinova teória relativity zostáva platná a umožňuje nám pochopiť vesmír tak, ako ho poznáme. Záporný čas sa týka len kvantovej úrovne a neumožňuje manipuláciu s časom v makroskopickom svete.

Čo nás čaká? Budúcnosť výskumu negatívneho času

Hoci je to zatiaľ teoretické, výskum negatívneho času by mohol mať rozsiahle dôsledky pre budúcnosť technológií. Vedci predpokladajú, že tieto poznatky by mohli prispieť k pokroku v oblasti kvantových počítačov a pamäti – zariadení, ktoré využívajú zákony kvantovej mechaniky na vykonávanie výpočtov a ukladanie informácií.

Zdroje:

• How much time does a photon spend as an atomic?
• arXiv: Negative Time Photons
• BBC Future: The bizarre quantum paradox of negative time
• PRX Quantum: Negative Time in Atomic Cascade

Približne 161 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.81 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.