Αν και υπάρχουν πολλές μεταβλητές στη ζωή, υπάρχει ένα μέτρο με το οποίο μετριέται αυστηρά η ύπαρξή μας: ο χρόνος.
Το θεωρούμε άκαμπτο, ομαλό και μονοκατευθυντικό – το βέλος του χρόνου πετάει ευθεία και αληθινά και το μόνο που μπορούμε να κάνουμε είναι να πάμε εκεί που μας οδηγεί. Τι γίνεται όμως αν ο χρόνος είναι λίγο πιο χαλαρός απ’ ό,τι υποδηλώνει η εμπειρία μας γι’ αυτόν; Τι γίνεται αν κρύβει μια κρυφή κβαντική φύση;
Σε μια νέα εργασία, μια ομάδα φυσικών έδειξε πώς τα οπτικά ρολόγια (ένας εξαιρετικά ακριβής τύπος ατομικού ρολογιού που χρησιμοποιεί οπτικές συχνότητες φωτός αντί για σήματα μικροκυμάτων) θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να καταδείξουν την κβαντική φύση του χρόνου. Με τη σειρά του, αυτό θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε ολόκληρη τη μυστηριώδη φύση του ίδιου του χρόνου.
«Αποδεικνύεται ότι υπάρχουν βαθύτερες πτυχές του χρόνου που κανείς δεν έχει βιώσει ποτέ και που δεν έχουν ποτέ μετρηθεί», δήλωσε στο «ScienceAlert» ο φυσικός Ίγκορ Πικόφσκι του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Stevens στις ΗΠΑ.
«Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, μπορεί να υπάρχουν περιπτώσεις όπου ο χρόνος δεν αλλάζει απλώς σταθερά με έναν ρυθμό. Αντίθετα, υπάρχουν “πολλές φορές σε υπέρθεση”, δηλαδή, περνάει με διαφορετικούς ρυθμούς ταυτόχρονα».
«Αυτό στην πράξη σημαίνει ότι ένα μόνο ρολόι θα κατέγραφε αρκετές διαφορετικές ώρες, όχι μόνο μία όπως έχουμε συνηθίσει. Αυτό δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ πριν, αλλά δείχνουμε ότι είναι κάτι που τα σύγχρονα ιοντικά ρολόγια θα μπορούσαν πλέον να ανιχνεύσουν».
Παγκόσμια σταθερά
Για αιώνες ο χρόνος θεωρείται απόλυτος, όπως τον όρισε ο σερ Ισαάκ Νεύτωνας. Τον περιέγραψε ως μία παγκόσμια σταθερά, μία ανεξάρτητη πτυχή της αντικειμενικής πραγματικότητας που δεν μπορεί να επηρεαστεί από εξωτερικές επιρροές.
Έπειτα, εμφανίστηκε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, βυθίζοντας πονηρά τη θεωρία της σχετικότητας στις ακτίνες του νευτώνειου ποδήλατου. Τα νέα του φυσικά πλαίσια έδειξαν ότι ο χρόνος είναι σχετικός και μπορεί να κινείται γρηγορότερα ή πιο αργά ανάλογα με την κίνηση και τη βαρύτητα.
«Δεν υπάρχει καθολικός χρόνος, και μόνο αυτό που ονομάζουμε “σωστό χρόνο”: Κάθε παρατηρητής καταγράφει τον δικό του χρόνο, και αυτός μπορεί να διαφέρει», εξήγησε ο Πικόφσκι.
«Αυτό ακριβώς είναι το στοιχείο με το οποίο εργαζόμαστε, δηλαδή ότι η ροή του χρόνου αλλάζει με την ταχύτητα και τη θέση. Το “παράδοξο των διδύμων” είναι ένα τυπικό παράδειγμα σχετικιστικού χρόνου σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, όπου ένας δίδυμος κάνει ένα ταξίδι μετ’ επιστροφής με έναν πύραυλο και όταν επιστρέφει είναι νεότερος από τον άλλο δίδυμο αδελφό του, ο οποίος μεγάλωσε περισσότερο μένοντας στη Γη».
Η διαστολή του χρόνου είναι ένα σχετικιστικό φαινόμενο και, ως εκ τούτου, είναι καλά κατανοητό.
Αυτό που δεν έχει ακόμη διερευνηθεί πειραματικά είναι το πώς ο χρόνος μπορεί να συμπεριφέρεται σε ένα κβαντικό καθεστώς, σε κλίμακες όπου η σχετικότητα από μόνη της δεν επαρκεί πλέον για να περιγράψει πώς συμπεριφέρεται το Σύμπαν, και έτσι μπαίνει στο παιχνίδι η κβαντική θεωρία. Ακόμα και στην κβαντική θεωρία, ωστόσο, ο χρόνος εξακολουθεί να αντιμετωπίζεται συνήθως ως ένα κλασικό φαινόμενο που κυλάει σε ευθεία γραμμή στο παρασκήνιο.
«Μία από τις πιο σημαντικές προκλήσεις της σύγχρονης φυσικής είναι η εύρεση μιας κβαντικής θεωρίας της βαρύτητας», εξήγησε ο Πικόφσκι .
«Σε μια τέτοια θεωρία, αναμένουμε πολλές από τις κατά τα άλλα κλασικές έννοιες, όπως ο χρόνος και η βαρύτητα, να περιγράφονται από κάτι θεμελιωδώς κβαντικό. Γνωρίζουμε λοιπόν ότι ο χρόνος όπως τον περιγράφουμε σήμερα δεν μπορεί να είναι η τελική ιστορία – κάτι λείπει όταν η κβαντική θεωρία μπαίνει στο παιχνίδι».
Εμπλοκή
Στην εργασία τους, ο Πικόφσκι και οι συνάδελφοί του, προτείνουν τρόπους με τους οποίους εξαιρετικά ακριβή οπτικά ρολόγια, τα οποία χτυπούν στον ταλαντούμενο ρυθμό των ατόμων που διεγείρονται από λέιζερ, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση κβαντικών χρονικών φαινομένων. Αυτές περιλαμβάνουν τη χρονική υπέρθεση, στην οποία μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα επικαλυπτόμενοι χρόνοι, και την εμπλοκή, όπου ο χρόνος και η κίνηση μπορούν να συνδεθούν επηρεάζοντας ο ένας τη συμπεριφορά του άλλου.
«Η διεμπλοκή και η υπέρθεση είναι χαρακτηριστικά γνωρίσματα της κβαντικής συμπεριφοράς», δήλωσε ο Πικόφσκι στο «ScienceAlert». «Η εργασία μας δείχνει ότι ακόμη και ο ίδιος ο χρόνος θα μπορούσε να έχει τέτοια κβαντικά χαρακτηριστικά, κάτι που δεν είναι αυτό που συνήθως υποτίθεται στην κβαντική φυσική».
Στην πράξη, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι ένα μόνο ρολόι καταγράφει περισσότερες από μία φορές ταυτόχρονα, χωρισμένες από αφάνταστα μικρά κλάσματα – της τάξης των διαστημάτων δεκάδων αττοδευτερολέπτων που μόνο ένα οπτικό ατομικό ρολόι είναι αρκετά ακριβές για να μετρήσει.
Τα ατομικά ρολόγια είναι ήδη αρκετά ακριβή ώστε να μετρούν μικροσκοπικά φαινόμενα της σχετικότητας, όπως η διαστολή του χρόνου. Για παράδειγμα, αν σηκώσετε ένα ρολόι μόλις λίγα εκατοστά πάνω από το υψόμετρο ενός άλλου, η μικροσκοπική διαφορά στη βαρύτητα της Γης μεταξύ των δύο είναι αρκετή για να δημιουργήσει ένα φαινόμενο διαστολής ανιχνεύσιμο στα ρολόγια. Σύμφωνα με το έργο του Πικόφσκι και των συναδέλφων του, τα οπτικά ρολόγια μπορεί να είναι αρκετά ακριβή ώστε να παρατηρούν και κβαντικά φαινόμενα.
«Συμπίεση»
Η ομάδα προτείνει τη χρήση μιας κβαντικής τεχνικής γνωστής ως «συμπίεση», η οποία μπορεί να ενισχύσει τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις σε ένα σύστημα. Σε αυτήν την περίπτωση θα μπορούσε να ενισχύσει την κβαντική συμπεριφορά των ατόμων μέσα στο ρολόι, καθιστώντας τις παράξενες επιδράσεις στον χρόνο πιο ορατές.
Ορισμένες από αυτές τις επιπτώσεις θα μπορούσαν να είναι ανιχνεύσιμες με την τρέχουσα τεχνολογία, ενώ άλλες είναι ακόμη πολύ μικρές και εύθραυστες. Ωστόσο, όσες είναι εφικτές αξίζει να τις παρακολουθήσουμε.
Οι τεχνικές που προτείνουν οι ερευνητές θα μπορούσαν να αποδώσουν την πρώτη πειραματική απόδειξη ότι ο ίδιος ο χρόνος μπορεί να συμπεριφερθεί κβαντομηχανικά. Αυτό θα έδινε στους φυσικούς έναν νέο τρόπο να διερευνήσουν τη διασταύρωση της σχετικότητας και του κβαντικού βασιλείου, καθώς και νέες γνώσεις για την ίδια τη φύση του χρόνου.
«Νομίζω ότι μπορεί να μας δώσει ενδείξεις και πειραματικά δεδομένα για το πώς οι καθημερινές μας αντιλήψεις για την πραγματικότητα είναι παραπλανητικές. Η κβαντική θεωρία δεν είναι απλώς παράξενη, αλλά υπονοεί επίσης μια πολύ διαφορετική θεμελιώδη δομή του Σύμπαντος που έρχεται σε αντίθεση με την καθημερινή εμπειρία», δήλωσε ο Πικόφσκι.
Ο Αϊνστάιν παρατήρησε εύστοχα: «Είναι η Σελήνη εκεί όταν κανείς δεν την κοιτάζει;». Έκανε αυτή την παρατήρηση για να τονίσει τις παράξενες προβλέψεις της κβαντομηχανικής.
«Αν ο ίδιος ο χρόνος κληρονομεί αυτά τα κβαντικά χαρακτηριστικά, δηλαδή ο χρόνος μπορεί να βρίσκεται σε υπέρθεση όταν κανείς δεν τον κοιτάζει, αυτό για μένα θα ήταν μια συναρπαστική ματιά στις παράξενες εσωτερικές λειτουργίες της φύσης και θα έδινε ενδείξεις για νέα σύνορα της θεμελιώδους φυσικής».
*Η εργασία έχει δημοσιευτεί στο «Physical Review Letters».
Εφημερίδα Απογευματινή
