Tidtagningsteori kombinerer kvanteure og Einsteins relativitetsteori

Et kvantemekanisk fænomen kendt som superposition kan påvirke tidtagning i højpræcisionsure, ifølge en teoretisk undersøgelse fra Dartmouth College, Saint Anselm College og Santa Clara University.

Forskning, der beskriver effekten, viser, at superposition - et atoms evne til at eksistere i mere end én tilstand på samme tid - fører til en korrektion i atomure kendt som "kvantetidsudvidelse."

Forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , tager hensyn til kvanteeffekter ud over Albert Einsteins relativitetsteori for at lave en ny forudsigelse om tidens natur.

"Når vi har udviklet bedre ure, vi har lært noget nyt om verden, " sagde Alexander Smith, en assisterende professor i fysik ved Saint Anselm College og adjungeret adjunkt ved Dartmouth College, der ledede forskningen som junior fellow i Dartmouth's Society of Fellows. "Kvantetidsudvidelse er en konsekvens af både kvantemekanik og Einsteins relativitet, og giver dermed en ny mulighed for at teste grundlæggende fysik i deres skæringspunkt."

I begyndelsen af ​​1900-tallet, Albert Einstein præsenterede et revolutionært billede af rum og tid ved at vise, at den tid, et ur oplever, afhænger af, hvor hurtigt det bevæger sig - efterhånden som et urs hastighed stiger, hastigheden, hvormed det tikker aftager. Dette var en radikal afvigelse fra Sir Isaac Newtons absolutte forestilling om tid.

Kvantemekanik, teorien om bevægelse, der styrer atomområdet, gør det muligt for et ur at bevæge sig, som om det bevægede sig samtidig med to forskellige hastigheder:en kvante "superposition" af hastigheder. Forskningspapiret tager højde for denne mulighed og giver en sandsynlighedsteori om tidtagning, hvilket førte til forudsigelsen af ​​kvantetidsudvidelse.

For at udvikle den nye teori, holdet kombinerede moderne teknikker fra kvanteinformationsvidenskaben med en teori udviklet i 1980'erne, der forklarer, hvordan tid kan komme ud af en kvanteteori om tyngdekraft.

"Fysikere har søgt at rumme tidens dynamiske karakter i kvanteteorien i årtier, " sagde Mehdi Ahmadi, en underviser ved Santa Clara University, der var medforfatter til undersøgelsen. "I vores arbejde vi forudsiger korrektioner til relativistisk tidsudvidelse, som stammer fra det faktum, at de ure, der bruges til at måle denne effekt, er kvantemekaniske i naturen."

På samme måde som kulstofdatering er afhængig af henfaldende atomer til at bestemme alderen på organiske genstande, levetiden for et exciteret atom fungerer som et ur. Hvis et sådant atom bevæger sig i en superposition med forskellige hastigheder, så vil dens levetid enten stige eller falde afhængigt af arten af ​​superpositionen i forhold til et atom, der bevæger sig med en bestemt hastighed.

Korrektionen til atomets levetid er så lille, at det ville være umuligt at måle i termer, der giver mening på menneskelig skala. Men evnen til at redegøre for denne effekt kunne muliggøre en test af kvantetidsudvidelse ved hjælp af de mest avancerede atomure.

Ligesom kvantemekanikkens nytte til medicinsk billeddannelse, computer, og mikroskopi, Det kunne have været svært at forudsige, da den teori blev udviklet i begyndelsen af ​​1900-tallet, det er for tidligt at forestille sig de fulde praktiske implikationer af kvantetidsudvidelse.