Физики заметили этот парадокс еще три десятилетия назад, но долгое время не придавали ему значения. Согласно расчетам, фотон, проходящий через резонансную среду, должен задерживаться в ней. Однако измерения показывали обратное — частица прибывала раньше ожидаемого времени. 

Источник: Pixabay/CC0/Phys.org   

В новой работе физики из Университета Торонто под руководством Эфраима Штейнберга использовали облако атомов рубидия и фотоны с четко определенной энергией. Атомы находились в резонансе с частицами света — энергия фотона временно переходила к атомам, возбуждая их. Большинство фотонов при этом рассеиваются в случайных направлениях и не проходят насквозь.

Та часть фотонов, которая все же проходит сквозь облако, ведет себя необычно. Если рассчитать среднее время прибытия, предполагая движение со скоростью света, то реальные фотоны приходят заметно раньше. Настолько раньше, что по средним показателям они проводят внутри облака отрицательное количество времени. Иначе говоря, они выходят до того, как входят.

Читайте: Пространство‑время в теории Эйнштейна описали через «замороженные» структуры гравитации      

Физики не измеряли фотоны непрерывно. В квантовой физике прямое наблюдение меняет систему — если бы они точно фиксировали положение фотона в каждый момент, то сам эффект исчез бы. Вместо этого команда измеряла параметры атомов во время прохождения фотона, чтобы определить, находилась ли энергия частицы внутри облака. Ученые связывают эффект с формой светового импульса. Через облако с большей вероятностью проходят ранние компоненты волнового пакета, тогда как остальные чаще рассеиваются. Это смещает среднее время прибытия и дает наблюдаемое расхождение во времени.

Эксперимент подтвердил: отрицательное время — не артефакт измерений, а реальное явление.