Physiker schlagen experimentelles Verfahren vor, das die Quantennatur der Zeit untersucht

Die Quantentheorie legt nahe, dass die Zeit selbst in einer Superposition existieren könnte, was bedeutet, dass sie gleichzeitig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vergehen könnte. Eine neue Studie, die in Physical Review Letters veröffentlicht wurde, deutet darauf hin, dass diese Möglichkeit bald experimentell getestet werden könnte.

Zeit mit Quantenuhren untersuchen Die Forschung wurde, einem Assistenzprofessor für theoretische Physik am Stevens Institute of Technology, geleitet und arbeitete mit experimentellen Teams Colorado State University und Dietrich Leibfried vom National Institute of Standards and Technology (NIST) zusammen.

Das Team untersuchte, wie Quanteneffekte den Zeitfluss beeinflussen und wie Atomuhren zur Untersuchung dieser Effekte genutzt werden können. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass Technologien, die für hochentwickelte Uhren und Quantencomputer entwickelt wurden, auch tiefere Fragen über die Realität untersuchen könnten.

Wenn eine Uhr den Regeln der

Wenn eine Uhr den Regeln der Quantenmechanik folgt, kann ihre Bewegung gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren. Folglich könnte auch die mehreren Zuständen existieren. Diese Vorstellung ähnelt dem bekannten Gedankenexperiment ödinger, bei dem eine Katze gleichzeitig lebendig und tot sein kann.

In diesem Fall würde die Zeit selbst in überlappenden Zuständen existieren, als wäre eine Uhr im selben Moment sowohl jünger als auch älter. „Die Zeit spielt in der Quantentheorie und in der Relativitätstheorie sehr unterschiedliche Rollen“, erklärt Pikovski.

Was wir zeigen, ist, dass die Zusammenführung dieser beiden Konzepte verborgene Quantensignaturen des Zeitflusses offenbaren kann, die nicht mehr mit der klassischen Physik beschrieben werden können. Relativitätstheorie sagt voraus, dass jede Uhr die Zeit je nach ihrer Geschwindigkeit und Position unterschiedlich misst.

Beispielsweise würde eine Uhr, die 57

Beispielsweise würde eine Uhr, die 57 Millionen Jahre lang mit 10 Metern pro Sekunde (etwa 22 Meilen pro Stunde) unterwegs ist, im Vergleich zu einer stationären Uhr nur um eine Sekunde zurückliegen. Experimente mit hochpräzisen Geräten, darunter Aluminium-Ionen-Uhren am NIST, haben diesen Effekt bestätigt.

Dieses Phänomen wird oft mithilfe des „Zwillingsparadoxons“ erklärt, bei dem ein Zwilling nach einer Reise mit hoher Geschwindigkeit langsamer altert. Eine extremere Version, manchmal als „quantenmechanisches Zwillingsparadoxon“ bezeichnet, stellt die Frage, ob eine einzelne Uhr gleichzeitig mehrere Zeitlinien erleben könnte. Könnte sie gleichzeitig jünger und älter sein?

Frühere theoretische Arbeiten deuten darauf hin, dass dies möglich ist, obwohl solche Effekte bisher zu subtil waren, um sie zu messen. Atomuhren betreten den Quantenbereich Um diese Idee zu untersuchen, erforschten die Forscher Atomuhren wie jene des NIST und der Colorado State University.

Diese Systeme fangen einzelne Ionen, wie

Diese Systeme fangen einzelne Ionen, wie Aluminium oder Ytterbium, kühlen sie auf nahezu den absoluten Nullpunkt ab und steuern deren Quantenzustände mithilfe, dass die Kombination äzision mit Techniken aus dem Quantencomputing mit gefangenen Ionen zuvor ungesehene Quanteneffekte in der Zeit selbst aufdecken könnte. „Atomuhren sind heute so empfindlich, dass sie winzige Zeitunterschiede erkennen können, die nur durch thermische Schwingungen bei minimalen Temperaturen verursacht werden“, erklärt Gabriel Sorci, Doktorand am Stevens Institute of Technology und Mitautor des Artikels.

Seine jüngste Forschung beinhaltet Arbeiten, die darauf hindeuten, dass einzelne Gravitonen mithilfe könnten. „Die Physik ist auch auf der fundamentalsten Ebene voller Geheimnisse. Quantentechnologien geben uns nun neue Werkzeuge, um diese zu beleuchten.“ Referenz: „Quantum Signatures of Proper Time in Optical Ion Clocks“, Joshua Foo, Dietrich Leibfried, Christian Sanner und Igor Pikovski, 20.

April 2026, Physical Review Letters.