În mecanica cuantică un sistem poate exista într-o suprapunere de stări. Acest aspect al mecanicii cuantice are implicații asupra ceasurilor atomice, cele care măsoară cu precizie timpul. Combinând teoria relativităţii a lui Einstein cu efectele cuantice se obţine un nou efect: dilatarea cuantică a timpului.

Fizica modernă se bazează pe două teorii extrem de fascinante: fizica cuantică și teoria relativităţii. Cea de-a doua, teoria lui Einstein, ne spune care este legătura între spaţiu și timp pe de o parte, și materia și energia din Univers. În cadrul acestei teorii, timpul măsurat depinde de cine îl măsoară: dacă privim un ceas într-o rachetă care se mișcă foarte repede față de noi, timpul pe care îl măsuram trece mai încet decât cel măsurat de cine stă în rachetă, fenomen ce se numește dilatarea timpului. Timpul deci depinde de viteza sistemului în care se află ceasul (și de câmpul gravitațional).

Teoria cuantică pe de altă parte, descrie comportamentul sistemelor microscopice, cum ar fi particulele și atomii.

La ora actuală, pentru măsurarea cu o precizie extremă a timpului, se folosesc așa-numitele ceasuri atomice. Acestea folosesc frecvențe din lumea atomică extrem de precise. În lumea atomilor însă este valabilă mecanica cuantică – cu toate proprietăţile fascinante ale acestei teorii, precum suprapunerea de stări.

Despre ce anume este vorba? În cadrul mecanicii cuantice sistemele se pot găsi în două stări deodată: adică, simplificând, un electron se poate situa și la stânga, și la dreapta. Este una dintre cele mai fascinante proprietăţi ale sistemelor cuantice, care stă la baza tehnologiilor cuantice precum calculatorul cuantic. Ba mai mult, este o proprietate care dă naştere unei probleme importante în fizica modernă: problema măsurătorii – adică atunci când măsuram un sistem cuantic nu găsim o suprapunere de stări, sistemul colapsează într-o unică stare! Nu vedem un electron și la stânga, și la dreapta, ci doar într-una din poziții. Cum se întâmplă acest lucru, care este mecanismul la baza colapsului, rămâne o problemă încă nelămurită în fizica actuală.

Ceasul atomic, având la bază un sistem microscopic, poate fi, la rândul lui, într-o suprapunere de stări. Ținând cont de acest lucru, într-un articol recent publicat în revista Nature Communications au fost studiate implicațiile acestui fenomen în măsurarea timpului.

Suprapunerea de stări nu este neapărat legată de poziția sistemului: oricare proprietate a sistemului poate fi într-o suprapunere de stări. Astfel, un ceas atomic se poate deplasa față de noi cu o viteză care este într-o suprapunere de stări – cu alte cuvinte, o suprapunere de viteze. Ceasul deci se mișcă și mai încet, dar și mai repede în același timp!

Cum ţinând cont de teoria relativităţii a lui Einstein, măsurarea timpului depinde de viteza cu care se deplasează ceasul față de noi, rezultatul măsurătorii este o… suprapunere de timpi. La o viteză mai mică corespunde o durată de timp mai scurtă, în timp ce la viteze mai mari durata de timp crește. Acest fenomen a fost denumit dilatarea cuantică a timpului. Ea s-ar manifesta ca o corecție la dilatarea timpului obținută aplicând doar teoria lui Einstein. Această corecție este extrem de mică, însă există speranța că va putea fi măsurată.

Ce importanță are un astfel de studiu? În primul rând, ar putea să ajute la găsirea unei noi teorii care combină mecanica cuantică cu teoria relativităţii; la ora actuală nu ştim care este această teorie. Au fost propuse mai multe, precum cea a corzilor, string theory, sau quantum loop, dar nu știm dacă sunt corecte sau nu. Orice studiu care combină cele două teorii fundamentale ale Universului, precum cel relatat, ne-ar putea ajuta să facem un pas înainte spre o cunoaştere mai profundă a legilor fizice ce stau la baza Universului.

Într-un viitor mai mult sau mai putin îndepărtat poate se vor găsi aplicații practice, aşa cum s-a întâmplat pentru toate teoriile fizice de până acum. De exemplu, fenomenul pentru care Einstein a primit premiul Nobel, efectul fotoelectric – care la vremea respectivă, în 1921, părea ceva extrem de bizar – este folosit în prezent la panourile fotovoltaice pentru generarea energiei electrice din lumina Soarelui.

CITIȚI ȘI:

Faimosul paradox al gemenilor va fi testat la nivel cuantic

LĂSAȚI UN MESAJ

Introduceti comentariul
Introdu numele

seventy six + = eighty two