Výzkumníci z katedry fyziky a astronomie univerzity ve švédské Uppsale vyvinuli formu měření času, při které mohou přímo v pozorovaném časovém bodě zjistit, kolik času uplynulo.

„Dá se to přirovnat k situaci, kdy se podíváte na měřicí pásmo a zjistíte, jak daleko jste od začátku. Bez ohledu na to, zda to je pět centimetrů nebo 4000 metrů,“ cituje web Uppsalské univerzity Johana Söderströma, který vede výzkumnou skupinu rentgenových fotonů.

Rozplétali kvantovou mlhu

Söderström stál v čele výzkumu měření času. Se spolupracovníky na něm začal pracovat během pandemie covidu, kdy byla univerzita z velké části uzavřena. Vědcům to umožnilo strávit víc času v laboratoři a věnovat se exotičtějším výzkumům, na které by za normálních okolností neměli čas.

Vědci v Uppsale se věnují kvantové fyzice. V kvantovém světě bzučících elektronů nelze výchozí bod definovat a současnost se tam rozplývá v mlze. S běžnou časomírou ho prostě nepopíšete.

Kvantové objekty existují v tomto prapodivném světě jako kvantová mlha, mrak různých možností. Jejich vlastnosti se stanou jasnými, až když se na ně podíváme. Vědci z Uppsalské univerzity navrhují, že problém měření času v kvantovém prostředí můžeme vyřešit pozorováním tvaru kvantové mlhy.

„Pokud používáte počítadlo, musíte začít od nuly a od ní počítat. Výhodou naší nové metody je, že stopky nemusíte vůbec spouštět. Podíváte se na vzorec a zjistíte, že uplynuly čtyři nanosekundy,“ upozorňuje Marta Berholtsová, jedna z autorek výzkumu.

Pozorovali otisky času

Výzkumníci pomocí krátkých pulzů vyvinuli formu měření času, která nevyžaduje přesné definování výchozího času. Popisují ji v časopise Physical Review Research.

Použili přitom Rydbergovy atomy. To jsou jakési balonky v říši částic nafouknuté lasery. Tyto atomy, obsahují elektrony v extrémně vysokých energetických stavech, které obíhají daleko od jádra.

Fyzikové nashromáždili značné množství informací o tom, jak se elektrony v takovém (Rydbergově) stavu pohybují. Matematický popis této divoké elektronové rulety označují jako Rydbergův vlnový paket.

Obdobně jako skutečné vlny, také Rydbergovy vlnové pakety se prolínají a střetávají. Jejich výsledkem jsou jedinečné vzory vlnění.

Když vhodíte dostatečný počet vlnových paketů do atomového jezírka, každý z jedinečných vzorů představuje odlišný čas, který je potřebný k tomu, aby se vlnové pakety vyvíjely v souladu s ostatními. A právě tyto „otisky“ času se fyzikové rozhodli otestovat. Při tom vyšlo najevo, že jsou dostatečně stabilní na to, aby mohly sloužit jako forma časového „razítka“.

Fantastické měřítko

Výzkum otevírá možnost měřit čas zcela novým způsobem. Není to měření, které by vyhovovalo všem typům časomíry, ale v těch případech, kdy funguje, je přesné. Někdy může být jediným způsobem, jak skutečně změřit uplynulý čas, protože není vždy snadné říci, kdy nastane časová nula, píší výzkumníci ve zmíněné studii.

Vědci vysvětlují, že pomocí metody, kterou vyvinuli, mohou pozorovat události ve fantastickém časovém měřítku - takové, které trvají pouze 1,7 triliontiny sekundy.