Dilatarea cuantica a timpului
În mecanica cuantica un sistem poate exista într-o suprapunere de stari; acest aspect al mecanicii cuantice are implicatii asupra ceasurilor atomice, cele care masoara cu precizie extrema timpul. Combinând teoria relativitatii a lui Einstein cu efectele cuantice se obtine un nou efect: dilatarea cuantica a timpului.
Fizica moderna se bazeaza pe doua teorii extrem de fascinante: fizica cuantica si teoria relativitatii. Teoria relativitatii, teoria lui Einstein, ne spune care este legatura între spatiu si timp, pe de o parte, si materia si energia din Univers.
În cadrul acestei teorii timpul masurat depinde de cine îl masoara: daca privim un ceas într-o racheta care se misca foarte repede fata de noi, timpul pe care îl masuram trece mai încet decât cel masurat de cine sta în racheta – fenomen ce se numeste dilatarea timpului. Timpul deci depinde de viteza sistemului în care se afla ceasul (si de câmpul gravitational). Teoria cuantica pe de alta parte descrie comportamentul sistemelor microscopice, cum ar fi particulele si atomii.
La ora actuala pentru masurarea cu precizie extrema a timpului se folosesc ceasurile atomice. Acestea folosesc pentru masurarea timpului frecvente din lumea atomica extrem de precise.
În lumea atomilor însa este valabila mecanica cuantica– cu proprietatile fascinante ale acestei teorii, precum suprapunerea de stari.
Despre ce anume este vorba?
În cadrul mecanicii cuantice sistemele se pot gasi într-o suprapunere de stari: adica, simplificând, un electron se poate situa si la stânga si la dreapta.
Este una dintre cele mai fascinante proprietati ale sistemelor cuantice, care sta la baza tehnologiilor cuantice precum calculatorul cuantic. Ba mai mult, este o proprietate care da nastere unei probleme importante în fizica moderna: problema masuratorii – adica atunci când masuram un sistem cuantic, nu gasim o suprapunere de stari, sistemul colapseaza într-o unica stare!
Nu vedem un electron si la stânga si la dreapta, ci doar într-una din pozitii. Cum se întâmpla acest lucru, care este mecanismul la baza colapsului, este înca nelamurit în fizica.
Ceasul atomic având la baza un sistem microscopic la rândul lui poate fi într-o suprapunere de stari. Tinând cont de acest lucru, într-un articol recent publicat în revista Nature Communications au fost studiate implicatiile acestui fenomen în masurarea timpului.
Suprapunerea de stari nu este neaparat legata de pozitia sistemului: oricare proprietate a sistemului poate fi într-o suprapunere de stari. Astfel, un ceas atomic se poate deplasa fata de noi cu o viteza care este într-o suprapunere de stari: adica o suprapunere de viteze. Ceasul deci se misca si mai încet, dar si mai repede în acelasi timp!
Cum însa masurarea timpului depinde – tinând cont de teoria relativitatii a lui Einstein – de viteza cu care se deplaseaza ceasul fata de noi, rezultatul masuratorii este o suprapunere de timpi.
La o viteza mai mica corespunde o durata de timp mai scurta, în timp ce la viteze mai mari durata de timp creste. Acest fenomen a fost denumit dilatarea cuantica a timpului.
Fenomenul s-ar manifesta ca o corectie la dilatarea timpului obtinuta aplicând doar teoria lui Einstein. Aceasta corectie este extrem de mica, însa exista speranta ca va putea fi masurata. Ce importanta ar avea un astfel de studiu?
În primul rând ar putea sa ajute la gasirea unei noi teorii care combina mecanica cuantica cu teoria relativitatii. Au fost propuse mai multe teorii, precum teoria corzilor (string theory) sau teoria gravitatiei cuantice cu bucle, dar nu stim daca sunt corecte sau nu.
Orice studiu care combina cele doua teorii fundamentale ale universului, precum cel relatat, ne-ar putea ajuta sa facem un pas înainte spre o cunoastere mai profunda ale legilor fizice ce stau la baza functionarii universului.
Într-un viitor mai mult sau mai putin îndepartat poate se vor gasi inclusiv aplicatii practice, asa cum s-a întâmplat pentru toate teoriile fizice de pâna acum. De exemplu, fenomenul pentru care Einstein a primit premiul Nobel, efectul fotoelectric, si care la ora respectiva parea ceva extrem de bizar – este folosit în prezent pentru panourile fotovoltaice pentru generarea energiei electrice din lumina Soarelui.
