Квантовые часы Шрёдингера: время может течь быстрее и медленнее одновременно

Физики предложили способ проверить, может ли время течь одновременно быстрее и медленнее. Согласно новому исследованию, квантовые эффекты могут заставить часы «стареть» с разной скоростью в один и тот же момент.

Статья под названием «Квантовые сигнатуры собственного времени в оптических ионных часах» была опубликована 20 апреля 2026 года в журнале Physical Review Letters. Исследование возглавил доцент Стивенсовского технологического института Игорь Пиковски совместно с экспериментальными группами Кристиана Саннера из Университета штата Колорадо и Дитриха Лейбфрида из Национального института стандартов и технологий (NIST).

Ученые изучили, как современные атомные часы могут выявить скрытые квантовые эффекты, связанные с течением времени. Согласно их выводам, технологии, разрабатываемые для часов нового поколения и квантовых компьютеров, могут позволить исследовать, подчиняется ли само время квантовым правилам.

В квантовой механике объекты могут существовать в нескольких состояниях одновременно. Эта концепция известна по «коту Шрёдингера» — мысленному эксперименту, в котором кот считается одновременно живым и мертвым до момента наблюдения. Исследователи предполагают, что нечто подобное может происходить и со временем. Часы, подчиняющиеся квантовым законам движения, могут испытывать несколько потоков времени одновременно.

«Время играет совершенно разные роли в квантовой теории и в теории относительности. Мы показываем, что объединение этих двух концепций может выявить скрытые квантовые сигнатуры течения времени, которые больше нельзя описать классической физикой», — говорит Пиковски.

Теория относительности уже предсказывает, что время течет по-разному в зависимости от движения и местоположения. Это явление известно как «парадокс близнецов», где один близнец, путешествующий с высокой скоростью, возвращается моложе того, кто остался на Земле. Новое исследование расширяет эту идею на квантовую область.

Исследователи задались вопросом: могут ли одни часы испытывать две разные скорости течения времени, находясь в квантовой суперпозиции? Согласно квантовой теории, это возможно. Пиковски и его коллеги впервые предложили эту идею более десяти лет назад, но эффект был слишком мал для экспериментального наблюдения. Достижения в технологии атомных часов могут изменить ситуацию.

Команда сосредоточилась на ионных часах, разрабатываемых в NIST и Университете штата Колорадо. Эти устройства удерживают отдельные ионы (например, алюминия или иттербия), охлаждают их до температур, близких к абсолютному нулю, и управляют их квантовыми состояниями с помощью лазеров.

«Атомные часы сейчас настолько чувствительны, что могут обнаруживать крошечные различия во времени, вызванные тепловыми вибрациями при сверхнизких температурах. Но даже при абсолютном нуле, в основном состоянии, на скорость тиканья все равно будут влиять только квантовые флуктуации», — говорит Габриэль Сорчи, кандидат наук в Стивенсовском технологическом институте и соавтор статьи.

Исследователи пошли еще дальше: вместо простого охлаждения атомов они предложили манипулировать самим вакуумом, создавая «сжатые состояния» — квантовые состояния, в которых положение и скорость ведут себя необычным образом. В таких условиях одни часы могут эффективно тикать одновременно быстрее и медленнее, запутываясь с собственным квантовым движением.

Ученые надеются продемонстрировать эти эффекты экспериментально.

«У нас есть технология для создания необходимого сжатия и путь к достижению точности часов, необходимой для наблюдения таких эффектов в ионных часах впервые», — говорит Саннер из Университета штата Колорадо.

Для Пиковски более широкие последствия не менее захватывающи. Его предыдущие работы включают демонстрацию того, что квантовые технологии потенциально могут обнаружить гравитоны — гипотетические частицы, переносящие гравитацию.

«Физика все еще полна загадок на самом фундаментальном уровне. Квантовые технологии теперь дают нам новые инструменты, чтобы пролить на них свет», — заключает он.

Источники: sciencedaily.com, Stevens Institute of Technology