Підхід до міжзоряних мандрівок: дослідники знайшли метод, який дозволяє обійти квантові обмеження.

Дослідники висунули ідею про поліпшення точності атомних годинників, що сприятиме успішному виконанню майбутніх космічних експедицій.

Вчені з Массачусетського технологічного інституту (MIT) та Університету Сіднея оголосили про значний прогрес у галузі квантової фізики, який відкриває можливість обійти один із основоположних законів, що регулюють поведінку атомів. Це відкриття має потенціал стати основою для розробки міжзоряльної системи GPS та автономної навігації в безмежному космосі, згідно з інформацією від Popular Mechanics.

Результати двох окремих досліджень, представлених у виданнях Nature та Science Advances, мають потенціал кардинально змінити підходи до вимірювання часу. Це відкриття може призвести до розробки нових поколінь атомних годинників, які зможуть функціонувати навіть у міжзоряному просторі.

Атомні годинники, що знаходяться на борту GPS-супутників, здатні відстежувати коливання електронів у атомах, забезпечуючи точність до однієї секунди на 10 мільйонів років. Ці пристрої вимірюють частоти електромагнітного випромінювання, які необхідні для переходу електронів між різними енергетичними рівнями. Останні досягнення в цій сфері обіцяють підвищити точність цих годинників до безпрецедентних значень.

Команда MIT під керівництвом професора фізики Владана Вулетича впровадила метод квантового заплутування — зв'язок між атомами — для перевершення меж стабільності в надточних оптичних атомних годинниках. Ці пристрої, які використовують атоми ітербію, здатні реєструвати коливання частинок з частотою, що дозволяє вимірювати інтервали часу до 100 трильйонних часток секунди. Завдяки заплутуванню атомів за допомогою лазерного випромінювання вдалося вдвічі покращити точність вимірювань.

"Завдяки явищу квантової заплутаності можливо розробляти годинники, які демонструють кращу продуктивність для певної кількості частинок", -- зазначив Вулетич. Це відкриває можливості для ефективного обходу квантової межі, відомої як принцип невизначеності Гейзенберга, який накладає обмеження на точність вимірювання характеристик частинок.

Фізики з Університету Сіднея під керівництвом Тінгрея Тана і Крістофа Валаху підійшли до проблеми з іншого боку. Їм вдалося одночасно вимірювати положення та імпульс квантової системи, не порушуючи принцип невизначеності. Це стало можливим завдяки методиці, що зосереджується на вимірюванні мікроскопічних змін у системі, ігноруючи глобальні параметри.

"Ми насправді втрачаємо частину інформації. Нас цікавлять лише найменші зміни, саме тому ми можемо отримати цю нову межу невизначеності та, по суті, уникнути принципу Гейзенберга," – зазначив Валаху.

За словами Тана, сучасні технології можуть бути впроваджені в атомні годинники, що використовують високоіонізовані атоми, які забезпечують ще більшу точність у порівнянні з годинниками на основі стронцію або ітербію. Команда Тана пропонує застосувати метод "квантової логічної спектроскопії", що ґрунтується на високоточных вимірюваннях незначних зміщень у позиції та імпульсі частинок.

Фахівці зазначають, що ці досягнення можуть стати фундаментом для майбутніх систем автономної навігації у космосі. Мережа надточних атомних годинників могла б забезпечити роботу міжзоряного GPS або використовуватися безпосередньо на борту космічних апаратів.

Раніше вчені з Університету Квінсленда створили нову модель, яка розширює уявлення про простір-час, запропоноване Алькуб'єрре, та теоретично відкриває можливість для подорожей у часі. Вони поєднали концепцію "варп-бульбашки" Алькуб'єрре, що дозволяє маніпулювати простором-часом для перевищення швидкості світла, з ідеєю Курта Гьоделя стосовно "замкнутого часоподібного кривого".