Hogyan mérhető az idő a kvantumvilágban?
Az idő fogalma az emberiség történetének egyik legmélyebb és legösszetettebb kérdése. Filozófusok, fizikusok és gondolkodók évezredek óta próbálják megérteni, hogyan működik az idő, és milyen szerepet tölt be a világegyetemben. A modern kvantummechanika azonban még bonyolultabbá tette ezt a problémát, mivel a kvantumvilág jelenségei egészen más szabályok szerint működnek, mint a mindennapi tapasztalataink.
Egy friss kutatásban a tudósok az elektronok viselkedésének vizsgálatával próbálták feltárni, hogy mi határozza meg az időt a kvantumszinten. A kutatók olyan jelenségeket elemeztek, amelyek extrém rövid időskálán, úgynevezett attoszekundumokban zajlanak le.
Az idő problémája a kvantummechanikában
A kvantumfizika egyik legnagyobb kérdése az, hogy miként lehet értelmezni az időt a kvantumfolyamatokban. A kutatók szerint különösen nehéz meghatározni, mennyi ideig tart egy kvantumátmenet, például amikor egy részecske állapotot vált.
Hugo Dil fizikus, a svájci EPFL kutatóegyetem munkatársa így fogalmazott:
“Az idő koncepciója évezredek óta okoz fejfájást a filozófusoknak és fizikusoknak, és a kvantummechanika megjelenése sem tette egyszerűbbé ezt a problémát.”
Majd hozzátette:
“A központi probléma az idő általános szerepe a kvantummechanikában, és különösen a kvantumátmenethez kapcsolódó időskála.”
A kérdés azért is rendkívül összetett, mert az idő értelmezése a tudományban sem egységes. Az Albert Einstein által kidolgozott relativitáselmélet szerint az idő relatív jelenség, amely a térrel együtt alkot egységet. Más gondolkodók egészen eltérő módon közelítik meg a témát.
Például Carl Sagan úgy vélte, hogy az idő valójában nem halad, hanem mi magunk vagyunk „beleszorulva”. Ezzel szemben a brit részecskefizikus Brian Cox szerint a kérdésre talán a legegyszerűbb válasz az, hogy még mindig nem tudjuk pontosan, mi is az idő valójában.
A kvantumesemények elképesztő gyorsasága
A kvantumvilágban az események hihetetlenül rövid idő alatt történnek meg. Ez különösen igaz az olyan folyamatokra, mint az alagúteffektus, vagy amikor egy elektron egy foton elnyelésével új kvantumállapotba kerül.
Az EPFL kutatóinak magyarázata szerint:
“A kvantumesemények, mint például az alagúteffektus, vagy amikor egy elektron egy foton elnyelésével állapotot vált, elképesztően nagy sebességgel zajlanak.”
Némelyikük csupán néhány tíz attoszekundumig (10⁻¹⁸ másodpercig) tart, ami olyan rövid idő, hogy a fény még egy kis vírus szélességén sem tudna áthaladni ezalatt.”
Az ilyen attoszekundumos időskálán történő mérések technikailag rendkívül bonyolultak. Bár a modern lézertechnológia már lehetővé teszi ezeket a kísérleteket, a megfigyelés gyakran maga is módosíthatja a vizsgált folyamatot. Emiatt a kutatók számára komoly kihívást jelent a kvantumesemények pontos időmérése.
Mennyire rövid egy attoszekundum?
Az attoszekundum olyan extrém rövid időegység, amelyet nehéz elképzelni a mindennapi gondolkodásunkkal. A fizikusok gyakran használnak szemléletes összehasonlításokat annak bemutatására, mennyire kicsi ez az időskála.
Dombi Péter fizikus egy korábbi interjúban így magyarázta:
„Az attoszekundum a másodperc egymilliárdod részének az egymilliárdod része. Elképzelhetetlenül rövid időskála. Két attoszekundum úgy aránylik egy másodperchez, mint egy másodperc a világegyetem korához.”
Ez az összehasonlítás jól érzékelteti, hogy a kvantumfolyamatok időtartama mennyire extrém módon rövid.
Elektronok és interferencia: a mérés új módszere
Hugo Dil és kutatócsoportja egy különleges módszert alkalmazott, amely az úgynevezett interferencia jelenségére épül. A módszer lényege, hogy amikor a fény gerjeszti az elektronokat, azok kilépnek az atomból, miközben a mozgásuk során több lehetséges kvantumútvonalat is követhetnek.
Az EPFL kutatóinak magyarázata szerint:
“Amikor a fény gerjeszt egy elektront, az egyszerre több különböző kvantumútvonalat is követhet. Ezek az útvonalak interferálnak egymással, és ez az interferencia egy meghatározott mintázatként jelenik meg a kibocsátott elektron spinjében. Annak vizsgálatával, hogy ez a spinmintázat hogyan változik az elektron energiájának függvényében, a kutatócsoport ki tudta számítani az átmenet időtartamát.”
A kutatók tehát az elektron spinjében megjelenő mintázatok elemzésével tudták meghatározni, hogy mennyi időbe telik egy adott kvantumátmenet.
Az anyag szerkezete határozza meg az időt
A kísérletek során a tudósok többféle anyag szerkezetét vizsgálták. Egyaránt elemeztek egyszerű atomi felépítésű és összetettebb struktúrájú anyagokat.
Az eredmények meglepő összefüggést mutattak. Az olyan szimmetrikus és egyszerű szerkezetű anyagokban, mint például a réz, az elektronok kiszabadulása rendkívül gyorsan történik meg. Ebben az esetben az átmenet mindössze 26 attoszekundumig tart.
Ezzel szemben a bonyolultabb, többrétegű anyagokban ugyanaz a folyamat akár 200 attoszekundumig is elhúzódhat.
Ez arra utal, hogy a kvantumesemények időtartamát nagymértékben az anyag atomi struktúrája határozza meg.
Új lépések az idő megértése felé
A kutatás jelentős előrelépést jelent a kvantummechanika egyik alapvető kérdésének megértésében. A vizsgálatok nemcsak az elektronok viselkedéséről szolgáltattak új információkat, hanem arról is, hogyan értelmezhető az idő a kvantumszinten.
Dil a kutatás jelentőségét így foglalta össze:
“Amellett, hogy alapvető információkat ad arról, mi határozza meg a fotoemisszió során fellépő időkésést, kísérleti eredményeink további betekintést nyújtanak abba, milyen tényezők befolyásolják az időt a kvantumszinten, milyen mértékben tekinthetők a kvantumátmenetek pillanatnyinak, és megnyitják az utat afelé, hogy végre megérthessük az idő szerepét a kvantummechanikában.”
A kutatók szerint az ilyen vizsgálatok hosszú távon segíthetnek feltárni az idő valódi természetét, amely továbbra is a fizika egyik legmélyebb rejtélye.
Közzétette: Sandal / www.fenyorveny.hu
Ha tetszett a cikk, oszd meg ismerőseiddel is, még több érdekességért, képért és videóért pedig látogass el FACEBOOK oldalunkra! Csatlakozz PINTERESTÜNKHÖZ, INSTAGRAMUNKHOZ , TELEGRAMUNKHOZ, vagy X-HEZ is! Vagy iratkozz fel a napi HÍRLEVÉLRE, hogy ne maradj le a friss hírekről!
Ha szeretnél, akkor nézzél szét a többi oldalamon is:
Angyalmandala Design oldalamon egyedi készítésű (AI mentes) vászonmandalákat találhatsz, illetve angyali kristályokat (angyali energiákkal feltöltve), angyali vezetésű mandala festményeket és képeket, és egyéb angyali kézműves termékeket vásárolhatsz!
Angyalok Fénye oldalamon pedig minden nap új angyali üzeneteket találhatsz, amik saját közvetítések. Illetve megismerheted az angyalok világát.
Várlak szeretettel!
