US-Wissenschaftler zeigen in Ionen-Uhr-Experimenten, dass die Zeit quantenmechanisch verläuft

Eine neue Theorie von Forschern des Stevens Institute of Technology, der Colorado State University und des National Institute of Standards and Technology (NIST) zeigt, dass Zeit in einer Quantenüberlagerung existieren ka Eine neue Theorie von Forschern des Stevens Institute of Technology, der Colorado State University und des National Institute of Standards and Technology (NIST) zeigt, dass Zeit in einer Quantenüberlagerung existieren kann und gleichzeitig schnell und langsam vergeht.

Die Forschung zeigt auch, wie Quantentechnologien neue Werkzeuge zum Studium der fundamentalen Mysterien der Physik liefern. Zeit ist beispielsweise ein fundamentales Konzept, das zugleich rätselhaft und alltäglich ist.

Wir alle nutzen Zeit jeden Tag, sogar in den präzisesten Anwendungen wie dem GPS. Aber unser Verständnis des Konzepts ist noch relativ gering.

Große Köpfe wie Einstein haben versucht,

Große Köpfe wie Einstein haben versucht, uns über die Zeit und wie ihr Fluss von Bewegung und Schwerkraft abhängt, zu informieren. Aber man fügt eine Schicht Quantentheorie hinzu, und der Fluss der Zeit wird kontraintuitiv.

Wie kann Zeit quantenhaft sein? Gemäß der Relativitätstheorie erlebt jede Uhr ihren eigenen Zeitfluss.

Dieser hängt von ihrer Geschwindigkeit und Position ab. Beispielsweise haben Forscher des NIST gezeigt, dass eine Uhr, die mit ultrapräzisen Uhren bei 10 Metern pro Sekunde für 57 Millionen Jahre läuft, hinter einer ruhenden Uhr um 1 Sekunde zurückliegen würde.

Bekannt als das Zwillingsparadoxon entspricht dies

Bekannt als das Zwillingsparadoxon entspricht dies dem Szenario, dass identische Zwillinge unterschiedlich altern würden, wenn einer von ihnen schneller reisen würde als der andere. Wenn jedoch die Bewegung der Uhr aus einer Perspektive der Quantenmechanik betrachtet wird, kann sie in einer Superposition existieren, und damit auch der Zeitverlauf.

Vereinfacht gesagt, ist dies kontraintuitiv im Vergleich zu Schrödingers berühmtem Gedankenexperiment mit der Katze. Während in diesem Fall die Katze gleichzeitig tot und lebendig ist, ist sie im Laufe der Zeit gleichzeitig jung und alt.

„Zeit spielt in der Quantentheorie und in der Relativitätstheorie sehr unterschiedliche Rollen“, sagte Igor Pikovski, Assistenzprofessor für theoretische Physik am Stevens Institute of Technology, in einer Pressemitteilung.

„Was wir zeigen, ist, dass die

„Was wir zeigen, ist, dass die Zusammenführung dieser beiden Konzepte verborgene Quantensignaturen des Zeitflusses aufdecken kann, die nicht mehr durch die klassische Physik beschrieben werden können.“ Zeit in Superposition Vor einem Jahrzehnt hatte Pikovski vorgeschlagen, dass die Zeit gemäß der Quantentheorie in Superposition sein sollte.

Die experimentelle Demonstration dessen war jedoch schwierig.

Nun sind die Forscher zuversichtlich, dass die neu entwickelte Generation von Atomuhren und andere Quantentechnologien dies demonstrieren können.

Die Zusammenarbeit von Forschern untersuchte das

Die Zusammenarbeit von Forschern untersuchte das Wechselspiel von relativistischer Zeit und Quanteneffekten in Atomuhren. Nachdem die Forscher Atomuhren gekühlt hatten, die einzelne Ionen wie Aluminium und Ytterbium einfangen, manipulierten sie deren Quantenzustände mit Laserpulsen.

„Atomuhren sind mittlerweile so empfindlich, dass sie winzige Zeitunterschiede erkennen können, die durch bloße thermische Schwingungen bei winzigen Temperaturen verursacht werden“, fügte Gabriel Sorci, ein Doktorand am Stevens Institute of Technology, der an der Arbeit beteiligt war, hinzu.

„Aber selbst bei der Temperatur des absoluten Nullpunkts, im Grundzustand, wird die Taktfrequenz allein durch Quantenfluktuationen beeinflusst.“ Die Forscher gingen noch einen Schritt weiter und manipulierten sogar das Vakuum selbst und erzeugten so sogenannte „squeezed states“, in denen die Position und Geschwindigkeit der Uhr quantenmechanisches Verhalten zeigen können.

Das Ergebnis war eine Manifestation der relativistischen Zeit, in der Überlagerung und Verschränkung entstehen, und eine einzelne Uhr misst gleichzeitig, wie sie schneller oder langsamer tickt. Der theoretische Aufsatz wurde in Physical Review Letters veröffentlicht, und das Team wird voraussichtlich bald Laborexperimente durchführen, um dies zu überprüfen.