Τα ατομικά ρολόγια ενδέχεται σύντομα να αποκαλύψουν ένα από τα πιο παράξενα φαινόμενα της φυσικής: ο χρόνος να κυλά ταυτόχρονα με διαφορετικούς ρυθμούς. Σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters, μια ομάδα φυσικών υποστηρίζει ότι τα πιο εξελιγμένα ρολόγια παγιδευμένων ιόντων ίσως μπορέσουν να ανιχνεύσουν την κβαντική υπέρθεση του χρόνου — δηλαδή την κατάσταση όπου ο χρόνος κυλά με πολλαπλές ταχύτητες ταυτόχρονα.
Η μελέτη εξηγεί πώς ένα τέτοιο φαινόμενο, που μέχρι σήμερα υπήρχε μόνο ως θεωρητική πρόβλεψη, θα μπορούσε να επιβεβαιωθεί πειραματικά. Οι ερευνητές το παρομοιάζουν με ένα «κβαντικό παράδοξο των διδύμων», παραπέμποντας στο γνωστό σενάριο της σχετικότητας όπου δύο δίδυμοι βιώνουν διαφορετική ροή χρόνου ανάλογα με την ταχύτητά τους.
Την έρευνα ηγήθηκε ο Igor Pikovski, θεωρητικός φυσικός στο Stevens Institute of Technology στο Νιου Τζέρσεϊ, σε συνεργασία με τον Christian Sanner του Colorado State University και τον Dietrich Leibfried από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST). Η ομάδα έδειξε θεωρητικά ότι, όταν η κίνηση ενός ρολογιού υπακούει στους νόμους της κβαντομηχανικής, μπορεί να βρίσκεται σε κατάσταση υπέρθεσης — και μαζί της, να υπερτίθεται και η ίδια η ροή του χρόνου.
«Ο χρόνος διαδραματίζει πολύ διαφορετικούς ρόλους στην κβαντική θεωρία και στη θεωρία σχετικότητας», τόνισε ο Pikovski. «Αυτό που δείχνουμε είναι ότι η σύνδεση αυτών των δύο εννοιών μπορεί να αποκαλύψει κρυφές κβαντικές υπογραφές της ροής του χρόνου που δεν περιγράφονται από την κλασική φυσική».
Η ιδέα βασίζεται στη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, σύμφωνα με την οποία ο χρόνος δεν είναι απόλυτος αλλά εξαρτάται από την ταχύτητα και τη βαρύτητα. Ένα κινούμενο ρολόι «χτυπά» πιο αργά από ένα ακίνητο, όπως έχει ήδη αποδειχθεί με τα εξαιρετικά ακριβή ρολόγια ιόντων του NIST. Η νέα προσέγγιση, ωστόσο, προχωρά ακόμη παραπέρα, διερευνώντας αν ένα μόνο ρολόι μπορεί να είναι ταυτόχρονα «και νέο και γερασμένο».
Οι επιστήμονες μελέτησαν πώς τα ρολόγια ιόντων — που παγιδεύουν μεμονωμένα ιόντα αλουμινίου ή ytterbium και τα ψύχουν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν — μπορούν να συνδυαστούν με τεχνικές κβαντικής πληροφορίας για να εντοπίσουν τέτοιες κβαντικές υπερθέσεις. Αντί να ψύχουν απλώς τα άτομα, η ομάδα προτείνει τη δημιουργία «συμπιεσμένων καταστάσεων» του κβαντικού κενού, όπου η θέση και η ταχύτητα του ρολογιού παρουσιάζουν καθαρά κβαντική συμπεριφορά.
«Τα ατομικά ρολόγια είναι πλέον τόσο ευαίσθητα που μπορούν να ανιχνεύσουν διαφορές στον χρόνο που προκαλούνται από απειροελάχιστες δονήσεις», εξήγησε ο Gabriel Sorci, υποψήφιος διδάκτορας στο Stevens και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Ακόμη και στην απόλυτη μηδενική θερμοκρασία, ο ρυθμός τους επηρεάζεται αποκλειστικά από τις κβαντικές διακυμάνσεις».
Η ομάδα σκοπεύει τώρα να επιβεβαιώσει πειραματικά τα αποτελέσματά της. «Διαθέτουμε ήδη την τεχνολογία για να δημιουργήσουμε την απαραίτητη συμπίεση κβαντικών καταστάσεων και την ακρίβεια ρολογιού που απαιτείται στα ιοντικά ρολόγια», δήλωσε ο Sanner από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο. Αν το εγχείρημα πετύχει, θα πρόκειται για την πρώτη άμεση παρατήρηση του χρόνου να συμπεριφέρεται κβαντικά, θολώνοντας τα όρια ανάμεσα στη σχετικότητα και την κβαντομηχανική.
