Нещодавнє відкриття в галузі квантової фізики має потенціал для революційного впливу на можливість міжзоряних подорожей.

Фізики виявили метод, який дозволяє обійти критично важливий закон, що регулює поведінку атомів. Це може стати основою для точної навігації в міжзоряному просторі в майбутньому.

Атомний годинник має вражаючу точність, втрачаючи всього одну секунду за 10 мільйонів років. Ці пристрої застосовуються в різних сферах, зокрема для GPS-навігації. Нещодавно вчені знайшли спосіб обійти деякі принципи квантової фізики, що дозволило їм створити атомний годинник із ще більшою стабільністю та точністю. У майбутньому такий пристрій зможе забезпечити точне прокладання маршрутів під час міжзоряних подорожей. Результати дослідження були опубліковані в журналах Nature та Science Advances, про що повідомляє Popular Mechanics.

У Фокус. Технології запустили власний Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб бути в курсі найновіших та найцікавіших новин з галузі науки!

GPS-навігатори допомагають нам точно визначити місце розташування і прокладати маршрути. Ці пристрої отримують сигнали із супутників, які розташовані на висоті понад 19 000 кілометрів над поверхнею Землі. Усередині кожного з цих супутників знаходиться атомний годинник.

На відміну від традиційних годинників, атомні годинники забезпечують надзвичайну точність у вимірюванні часу, спостерігаючи за рухом електронів в атомах. Вони фіксують частоти електромагнітного випромінювання, які потрібні для того, щоб електрон змінив свій енергетичний рівень або коливався всередині атомів елементів, таких як рубідій чи стронцій. Завдяки своїй технології, атомний годинник втрачає лише одну секунду за цілий десяток мільйонів років.

Майбутні атомні годинники можуть стати не лише надзвичайно точними пристроями для вимірювання часу та навігаційними помічниками у міжзоряному просторі, але й забезпечити нові можливості для дослідження основних фізичних явищ. Проте, незважаючи на їх значний потенціал, науковці все ще не повністю задоволені можливостями існуючих атомних годинників. Вчені активно працюють над розробкою нових моделей, які будуть одночасно більш точними і компактними. Для цього вони застосовують принципи квантової механіки, що детально описують поведінку атомів та їхніх складових частин.

У рамках двох досліджень вчені-фізики досліджували квантові підходи, які здатні підвищити точність атомних годинників. У першій роботі автори застосували квантовомеханічні методи для покращення стабільності атомного годинника, відомого як оптичний атомний годинник. В цьому пристрої атоми ітербію коливаються з ще більшою частотою, ніж у звичайних атомних годинниках, що дозволяє вимірювати часові інтервали до 100 трильйонних часток секунди.

Проте їхня висока точність робить їх чутливими до квантових спотворень, що ускладнює процес вимірювання атомних коливань. Це можна уявити як перешкоду, що виникає на квантовому рівні. Ця концепція пов'язана з принципом невизначеності Гейзенберга, відповідно до якого існує певна межа в тому, наскільки точно можна виміряти квантову систему, зокрема, які фізичні характеристики частинки можуть бути визначені. Якщо одна з властивостей буде визначена з високою точністю, то інша, відповідно, буде визначена менш точно.

Фізики показали, що за допомогою лазерного випромінювання можна ввести атоми ітербію в стан квантової заплутаності в рамках атомного годинника, що дозволяє значно підвищити його точність - вдвічі.

На думку дослідників, квантова заплутаність може стати основою для розробки вдосконаленого атомного годинника. Цей феномен полягає у тому, що частинки, навіть якщо вони віддалені одна від одної, залишаються взаємопов'язаними. Таким чином, коли проводиться вимірювання однієї частинки, характеристики іншої миттєво змінюються.

Автори другого дослідження застосували інший підхід до проблеми подолання квантової межі. Їхня робота трохи перевертає правила квантової механіки з ніг на голову. Фізики продемонстрували спосіб точного одночасного вимірювання положення та імпульсу квантової системи, зберігаючи при цьому принцип невизначеності Гейзенберга.

Це досягається завдяки тому, що дослідники концентруються на точному вимірюванні найменших змін, нехтуючи більш широкою інформацією про систему. Фізики порівнюють це з ситуацією, коли намагаєшся зчитати показання аналогового годинника, в якого є лише хвилинна стрілка: можна дуже точно визначити, яка зараз хвилина, але відомості про годину залишаються невідомими. Ця діяльність сприяє підвищенню точності атомних годинників.

Незважаючи на те, що впровадження космічного GPS для міжзоряних подорожей ще не стало реальністю, фізики вважають, що новітні моделі атомних годинників можуть суттєво сприяти цьому розвитку.

Незалежно від того, чи ви на планеті Земля, чи в безмежному космосі, точне вимірювання часу є критично важливим для навігації. Атомні годинники, які відзначаються надзвичайною точністю та стабільністю, здатні забезпечити точний розрахунок поточної позиції космічного апарату та навіть підтримувати автономну навігацію, стверджують вчені.

Як було зазначено раніше в матеріалах Фокусу, дослідники в галузі фізики встановили, що чорні діри здатні формувати тривалі тунелі в просторово-часовій структурі. На думку вчених, між чорними дірами може існувати квантове сполучення.

Також Фокус писав про те, що прискорене розширення Всесвіту зупинилося і може статися Великий вибух навпаки. Нове дослідження припускає, що розширення Всесвіту почало сповільнюватися, а не прискорюватися з постійно зростаючою швидкістю, як вважалося раніше.