När tiden blir konstig: Kvantklockornas nya era

Föreställ dig en klocka som går både fortare och långsammare på samma gång. Låter det helt orimligt? Kanske. Men det är precis vad en ny studie från Stevens Institute of Technology, Colorado State University och NIST föreslår.

Det är inte första gången vi utmanar vår uppfattning om tid. Einstein visade redan för hundra år sedan att tidens gång påverkas av både hastighet och gravitation. Men nu handlar det om något ännu märkligare: att tid kanske lyder kvantmekanikens lagar.

Tiden är inte så stabil som vi tror

För de flesta av oss är tiden en jämn ström. Men Einstein avslöjade att den inte är det. En klocka som färdas i hög hastighet går långsammare än en som står still. En klocka nära en stor massa går också annorlunda än en långt bort.

Detta har mätts. Med dagens atomklockor kan vi se små skillnader i tidens gång. Och det är inte bara teori. Om du skulle resa i tio meters hastighet per sekund i 57 miljoner år, skulle du åldras en sekund mindre än någon som stannade kvar på plats.

När kvantmekaniken tar över

Nu kommer det intressanta. Vad händer när vi blandar relativitetsteori med kvantmekanik? Enligt forskarna bakom studien kan en enda klocka uppleva flera tidsflöden samtidigt. Den befinner sig då i superposition – både ung och gammal på en gång.

Igor Pikovski, som leder teamet, säger att tidens roll är helt olika i de två teorierna. Genom att förena dem hoppas de kunna se effekter som klassisk fysik inte kan förklara.

Ny teknik gör det möjligt

Det här förslaget är inte helt nytt. Men tidigare var det för litet att mäta. Nu är atomklockorna så känsliga att det går.

De använder så kallade jon-klockor. En enda atom – till exempel aluminium eller ytterbium – hålls kyld till nära nollpunkten. Med laserstyrning kan forskarna följa atomens tillstånd. Det är samma teknik som ligger bakom nästa generations kvantdatorer.

Särskilda tillstånd ger nya effekter

Forskarna går ett steg längre. De vill skapa ”squeezed states” i kvantvakuumet. Då blir atomens läge och hastighet så ovanliga tillstånd att en klocka kan gå både fortare och långsammare zugleich.

Gabriel Sorci, doktorand i teamet, säger att atomklockorna redan kan se små förändringar från värme. Men även vid absolut noll kan kvantfluktuationer påverka hur klockan går.

Vad betyder det egentligen?

Det här handlar inte bara om att förstå tid bättre. Det handlar om att se kvantmekanik och relativitetsteori mötas i verkligheten. Och det är första gången vi har verktygen att göra det.

Sanner från Colorado State University säger att man redan har teknik för att skapa sådana tillstånd. Nu gäller det bara att få klockorna exakta nog.

Slutsats

Om det lyckas kommer vi att se ett av fysikens djupaste mysterier lösa sig. Tiden – den sak som de flesta av oss tar för givet – kanske har mer att dölja än vi tror.