Određivanje protoka vremena u našem svijetu otkucavajućih satova i oscilirajućih njihala svodi se na jednostavno brojanje sekundi između "tada" i "sada". No, kada se spustimo na kvantnu razinu užurbanih elektrona, "tada" se ne može uvijek predvidjeti, a "sada" se često zamagljuje u izmaglici neodređenosti. U takvim scenarijima, obična štoperica jednostavno nije dovoljna. Znanstvenici diljem svijeta stoga razvijaju revolucionarne metode koje ne samo da redefiniraju preciznost, već i samu našu percepciju vremena, piše Science Alert.

STOLJETNI MISTERIJ Riješen stoljetni misterij jezivih lebdećih svjetala iznad groblja

Vrijeme bez početka

Jedno od najfascinantnijih otkrića dolazi od tima istraživača sa Sveučilišta u Uppsali u Švedskoj.

Njihov pristup, opisan kao "kvantni sat", ne zahtijeva preciznu početnu točku. Umjesto pokretanja štoperice, oni promatraju jedinstvene uzorke koji nastaju interakcijom specifičnih kvantnih stanja.

U srcu ovog eksperimenta su Rydbergovi atomi, koje možemo zamisliti kao prenapuhane balone čestičnog svijeta. Pobuđeni laserima, ovi atomi sadrže elektrone na izuzetno visokim energetskim razinama. Kretanje tih elektrona opisuje se kao "Rydbergov valni paket". Kada se više takvih valnih paketa susretne u istom atomskom prostoru, oni stvaraju jedinstvene uzorke interferencije, slične valovima na vodi. Svaki od tih uzoraka predstavlja jedinstveni "otisak prsta" vremena – specifični potpis koji odgovara točno određenom trajanju.

"Prednost ovoga je što ne morate pokrenuti sat. Samo pogledate strukturu interferencije i kažete: 'U redu, prošle su 4 nanosekunde'", objasnila je fizičarka Marta Berholts, koja je vodila tim.

Ova metoda omogućuje mjerenje događaja kratkih i do 1,7 bilijuntinke sekunde bez potrebe za definiranjem nulte točke.

OGROMNO OTKRIĆE Na Saturnovom mjesecu našli 5 od 6 ključnih elemenata za život

Preciznost izvan granica

Dok švedski tim eliminira potrebu za početkom, fizičari s Massachusetts Institute of Technology usredotočili su se na postizanje dosad neviđene preciznosti. Njihova tehnika, nazvana SATIN (Signal Amplification through Time Reversal), koristi dva ključna kvantna fenomena: isprepletenost i vremensko preokretanje. Istraživači su prvo kvantno isprepleli oblak od 400 ultraohlađenih atoma iterbija, prisiljavajući ih da se ponašaju kao jedan koherentni sustav. Zatim su pustili sustav da se razvija i izložili ga sitnoj promjeni, poput slabog magnetskog polja. Takva suptilna promjena bila bi gotovo nemjerljiva standardnim instrumentima.

Tada na scenu stupa "vremensko preokretanje". Važno je naglasiti da se ne radi o putovanju kroz vrijeme, već o manipulaciji sustavom tako da se on počne razvijati unatrag prema svom početnom stanju. Tijekom tog "premotavanja", svaka sitna perturbacija koja se dogodila biva eksponencijalno pojačana. Na kraju procesa, razlika između početnog i konačnog stanja postaje lako mjerljiva. Ova tehnika mogla bi poboljšati točnost postojećih atomskih satova za čak 15 puta, što znači da bi takav sat tijekom čitavog postojanja svemira kasnio manje od 20 milisekundi.

KOZMIČKA ZAGONETKA Signal skriven u eksploziji gama zraka otkrio rađanje 'čudovišta'

Od redefiniranja sekunde do navigacije svemirom

Ova temeljna istraživanja imaju i vrlo praktične primjene koje će oblikovati našu budućnost. Današnji standard za sekundu temelji se na atomima cezija, no takozvani optički atomski satovi, koji koriste atome poput stroncija ili iterbija, pokazali su se stotinama puta preciznijima. Njihova stabilnost je tolika da se u znanstvenoj zajednici već vodi rasprava o redefiniranju same sekunde. Preciznije vrijeme znači i precizniju navigaciju. NASA-in program OASIC  razvija kompaktne optičke atomske satove za svemirske letjelice. U dubokom svemiru, gdje radio signalu trebaju minute ili sati da stigne sa Zemlje, autonomna navigacija je ključna.

S ugrađenim ultra-preciznim satom, letjelica može samostalno izračunati svoju poziciju i brzinu, omogućujući misije na Marsu i šire s dosad neviđenom autonomijom. Štoviše, ovi satovi bit će temelj za uspostavu "Koordiniranog lunarnog vremena" (LTC), svojevrsnog GPS-a za buduće baze i misije na Mjesecu.

NEVJEROJATNO Stvorili crnu rupu u laboratoriju. Počela je svijetliti: To bi moglo otkriti najveću tajnu svemira?

Svemir možda uopće nema vrijeme

Možda najdublja implikacija ovih istraživanja leži u promjeni našeg fundamentalnog razumijevanja vremena. Neki teorijski modeli, poput Page-Woottersove konstrukcije, sugeriraju da svemir na temeljnoj razini možda uopće nema vrijeme.

U tom "bezvremenskom" pogledu, vrijeme nije vanjski parametar koji teče neovisno o svemu, već emergentno svojstvo koje proizlazi iz kvantne isprepletenosti između sustava. Jedan podsustav (koji nazivamo "sat") isprepleten je s ostatkom svemira, a mi percipiramo protok vremena promatrajući evoluciju svemira u odnosu na taj "sat". Od praktičnih poboljšanja GPS-a do dubokih filozofskih pitanja o prirodi stvarnosti, potraga za savršenim mjerenjem vremena otvara nove granice. Više se ne radi samo o brojanju otkucaja; radi se o dešifriranju najdubljih tajni svemira, skrivenih u suptilnom plesu kvantnih čestica.