Znanstvenici prvi put izmjerili imaginarno vrijeme — i stvarno postoji

Kad mikrovalni puls u laboratoriju pokaže znakove nečega što ne bi smjelo postojati, znanstvenici postaju jako pažljivi.

Mikroskopska promjena otkriva novu dimenziju vremena

Znanstvenici sa Sveučilišta Maryland uspjeli su fizički izmjeriti fenomen koji je desetljećima postojao samo na papiru — imaginarno vrijeme. Ta apstraktna ideja, poznata iz kvantne fizike i teorije polja, uključuje korištenje imaginarnog broja i (kvadratnog korijena iz -1) za opisivanje vremenskih komponenti koje se ne ponašaju kao klasično vrijeme. No sve do sada, to je bio koristan matematički alat, a ne nešto što se može fizički uočiti.

Rezultati njihova istraživanja objavljeni su u časopisu Physical Review Letters, a donose prvi eksperimentalni dokaz da imaginarno vrijeme može ostaviti mjerljiv trag u stvarnom svijetu.

Što je zapravo imaginarno vrijeme?

Za razliku od svakodnevnog iskustva vremena koje teče u jednom smjeru, imaginarno vrijeme definira se kao vremenska komponenta koja se množi imaginarnim brojem i. U teoriji kvantnih polja, ova apstraktna konstrukcija koristi se za pojednostavljivanje jednadžbi i rješavanje problema koji uključuju ekstremne uvjete, poput početka svemira ili ponašanja čestica u vakuumu.

U matematičkom smislu, imaginarno vrijeme olakšava određene izračune, ali nije postojala jasna veza između tog koncepta i mjerljivih fizičkih pojava — sve do sad.

Kako su ga otkrili?

Eksperiment je osmislio tim koji su vodili Isabella Giovannelli i Steven Anlage s UMD-a. Oni su kroz niz koaksijalnih kabela oblikovanih u prsten poslali mikrovalni puls i zatim detaljno analizirali njegov izlazak iz sustava pomoću najpreciznijih osciloskopa na svijetu.

Rezultat je bila gotovo neprimjetna, ali mjerljiva promjena u frekvenciji signala, koja odgovara prisutnosti imaginarnog vremenskog kašnjenja.

“Radi se o skrivenom stupnju slobode koji je dugo bio zanemaren,” rekao je Anlage za New Scientist. “Mislim da smo ga uspjeli izvući na vidjelo i dati mu fizičko značenje.”

Kašnjenje koje ne bi trebalo postojati

Fenomen imaginarne vremenske odgode prvi su predložili znanstvenici 2016. godine, ali tek je sada dobivena eksperimentalna potvrda. Kada mikrovalne zrake prolaze kroz određeni materijal, mogu doživjeti vremensko kašnjenje. Ono što su Giovannelli i Anlage otkrili jest da se to kašnjenje, u posebnim uvjetima, može manifestirati u obliku imaginarnog vremena.

Promjena je bila iznimno mala — toliko mala da bi prošla neopaženo bez najosjetljivije opreme. “Imali smo sreće što smo koristili najbolje osciloskope na svijetu,” rekla je Giovannelli.

Zašto je to važno?

Na prvi pogled, mikroskopska promjena u signalu mikrovalova možda ne izgleda značajno. No u kontekstu nanotehnologije i kvantnih sustava, ovakvi detalji mogu imati velik utjecaj. Imaginarno vrijeme sada se može uvrstiti u modele koji opisuju kako svjetlost prolazi kroz različite materijale, što otvara mogućnosti za poboljšanje optičkih senzora i uređaja za pohranu podataka.

“Ovo je poput čekića koji smo upravo izumili,” rekao je Anlage, “a sad možemo tražiti čavle.”

Jedna od prvih primjena ove tehnologije bit će proučavanje kako se komunikacijski signali — poput impulsa koji prenose informacije kroz kablove i vlakna — mijenjaju prilikom prolaska kroz različite medije. Ako se i oni pokazuju osjetljivima na imaginarno vrijeme, mogla bi se otvoriti nova grana u znanosti o prijenosu informacija.

Giovannelli i Anlage sada planiraju proširiti istraživanje na druge frekvencijske domene i materijale, u nadi da će pronaći dodatne “čavle” za svoj novi znanstveni alat.