Die Physik ist gerade noch seltsamer geworden. Und vielleicht ist das gut.
Physiker haben ein Phänomen gemessen, das auf dem Papier wie Unsinn klingt: Photonen scheinen für eine negative Zeitspanne mit Atomen zu interagieren.
Bevor Sie zur Zeitmaschine greifen, hören Sie mir zu.
Es hilft, an Homer zu denken. Insbesondere Odysseus. Er brauchte zehn Jahre, um von Troja zurück nach Ithaka zu gelangen. Aber fünf dieser Jahre blieb er auf Calypsos Insel. Wenn seine Frau Penelope gefragt hätte, warum er zu spät gekommen sei, hätte er vielleicht gelächelt und gesagt: „Eigentlich bin ich vor fünf Jahren gegangen.“ Weniger als nichts. Ein Defizit.
Das ist im Wesentlichen das, was mit unseren Photonen passiert ist.
Unser Team, darunter Aephraim Steinberg von der University of Toronto, veröffentlichte unsere Ergebnisse in Physical Review Letters. Wir haben Lichtteilchen durch eine Wolke aus Rubidiumatomen geschickt. Sie sind nicht einfach durchgekommen. Sie interagierten. Und das auf eine Art und Weise, die darauf hindeutet, dass sie „negative Zeit“ mit den Atomen verbracht haben.
Wie Licht verzögert wird (oder doch?)
Photonen sind Lichtpakete. Wenn sie das richtige Ziel treffen, übertragen sie Energie auf das Atom. Das Atom wird angeregt. Das Photon „wohnt“ dort effektiv. Dann wird es freigegeben.
Dies erfordert Resonanz. Das Photon muss genau die Energie haben, die nötig ist, um ein Rubidiumatom in einen höheren Zustand zu bringen.
Aber hier ist der Haken. Das Heisenbergische Unschärfeprinzip.
Wenn die Energie des Photons perfekt definiert ist, muss sein Timing unscharf sein. Der Lichtimpuls wird lang. Eine Unschärfe.
Wann kommt es also in die Cloud? Du weißt es nicht genau. Sie kennen nur den Durchschnitt.
Wenn das Photon direkt hindurchgeht, ist es eine Odyssee voller Widrigkeiten. Normalerweise streuen Photonen. Sie prallen ab. Sie verfehlen ihr Ziel völlig. Aber manchmal schafft man es.
Wenn es passiert, passiert etwas Seltsames.
Berechnen Sie die Ankunftszeit basierend auf dem Eintrittszeitpunkt unter der Annahme, dass es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Die Mathematik besagt, dass es später eintreffen sollte. Weil es wohnte.
Das ist nicht der Fall.
Es kommt früh an.
Tatsächlich kommt es so früh an, dass die Berechnung darauf hindeutet, dass es bevor es eingetreten ist. Negative Zeit.
Wir haben das schon 1993 gesehen. Aber die meisten Physiker haben es ignoriert. Sie nannten es ein Artefakt. Nur ein Trick, bei dem die Vorderkante des Lichtimpulses durchkommt, während der Rest gestreut wird. Bequeme Erklärung. Einfache Entlassung.
Die Atome fragen, was sie wissen
Aephraim war mit dieser Geschichte nicht zufrieden. Er wollte Beweise. Nicht nur durch die Ankunft des Photons, sondern auch durch die Atome selbst.
Wir mussten die Rubidiumatome fragen: Wie lange blieb der Gast?
Hier wird es knifflig.
In der Quantenmechanik verändert der Akt der Beobachtung die Realität. Wenn wir zu genau hinschauen, frieren wir das System ein. Es wird der Quanten-Zeno-Effekt genannt. Das Beobachten der Katze stoppt Schrödingers Überlagerung. Oder in unserem mythologischen Rahmen hält Kalypso sie davon ab, sich an Odysseus festzuhalten.
Wir mussten nachsehen. Aber wir mussten sanft sein.
Geben Sie schwache Messungen ein.
Wir haben einen sekundären schwachen Laser durch die Atomwolke abgefeuert. Hat nichts mit dem Einzelphotonenexperiment zu tun. Dieser Sondenlaser erfasste winzige Verschiebungen in der Phase des Lichts. Anzeichen dafür, dass ein Atom angeregt war. Anzeichen dafür, dass die Energie des Photons derzeit in der Schwebe ist.
Ein Lauf sagt dir nichts. Das Signal ist zu schwach. Zu laut.
Also haben wir es millionenfach gemacht. Wir haben die Daten gemittelt. Der Lärm verstummte. Die Wahrheit blieb.
Die Atome stimmten den Frühankömmlingen zu.
Die innerhalb der Wolke gemessene Verweilzeit stimmte mit der berechneten negativen Zeit ab der Ankunft überein.
Zwei verschiedene Methoden. Zwei völlig getrennte physikalische Signale. Die gleiche unmögliche Zahl.
Kein Artefakt. Kein Fehler.
Damit wird das alte „Front Edge“-Argument zunichte gemacht.
Die Ankunftszeit könnte eine statistische Eigenart sein. Eine Selektionsverzerrung, bei der nur die Vorderkante überlebt. Das kann man nicht behaupten, wenn man die innere Uhr des Atoms direkt misst.
Die Atome waren nicht voreingenommen. Sie haben einfach aufgezeichnet, was passiert ist. Und sie haben negative Zeit aufgezeichnet.
Bedeutet das also, dass wir einen Rückschritt machen können? Eine Maschine bauen? Besuchen Sie unsere Großväter?
Leider nein.
Die Physik hier ist Standard. Bizarr, ja. Leider Standard. Hier gibt es keine Lücken in der Relativitätstheorie. Keine Kausalitätsverstöße.
Aber negative Zeit ist real.
Es hinterlässt einen messbaren Eindruck. Es wirkt sich spürbar auf die Atomwolke aus.
Was mich mit einer Frage zurücklässt. Wenn die Zeit für ein Teilchen negativ sein kann, wo ist sie dann für uns negativ?
Wir dachten, wir hätten die Zeitlinie des Universums verstanden. Die Quantenforschung legt nahe, dass die Karte noch weiße Flecken aufweist. Lande unerforscht. Inseln, die wir nicht besucht haben.
Oder vielleicht müssen wir einfach genauer hinschauen. Mit einem schwächeren Strahl.
„Negative Zeit ist kein Artefakt.“
Die Odyssee geht weiter.
Daniela Angulo, Kyle Thompson, Vida-Mich ell e Nixon, Andy Jiao, Howard M. Wismean und Aep hraham M. Steinberg, Phys ical R ev i e w Letters, 202 6
