Natuurkunde is alleen maar vreemder geworden. En misschien is dat maar goed.
Natuurkundigen hebben een fenomeen gemeten dat op papier als onzin klinkt: fotonen lijken een negatieve tijdsduur met atomen te interageren.
Voordat je naar de tijdmachine grijpt, luister naar me.
Het helpt om aan Homerus te denken. In het bijzonder Odysseus. Het kostte hem tien jaar om van Troje terug naar Ithaca te komen. Maar vijf van die jaren bleef hij rondhangen op het eiland van Calypso. Als zijn vrouw Penelope had gevraagd waarom hij te laat was, had hij misschien geglimlacht en gezegd: ‘Ik ben eigenlijk vijf jaar geleden vertrokken.’ Minder dan niets. Een tekort.
Dat is in wezen wat er met onze fotonen is gebeurd.
Ons team, waaronder Aephraim Steinberg van de Universiteit van Toronto, publiceerde onze bevindingen in Physical Review Letters. We stuurden lichtdeeltjes door een wolk van rubidiumatomen. Ze zijn er niet zomaar doorheen gegaan. Ze hadden interactie. En dat deden ze op een manier die suggereert dat ze negatieve tijd met de atomen doorbrachten.
Hoe licht wordt vertraagd (of toch?)
Fotonen zijn pakketjes licht. Wanneer ze het juiste doelwit raken, brengen ze energie over naar het atoom. Het atoom raakt opgewonden. Het foton ‘woont’ daar effectief. Dan wordt het vrijgegeven.
Dit vereist resonantie. Het foton moet precies de energie hebben die nodig is om een rubidiumatoom naar een hogere staat te tillen.
Maar hier zit het addertje onder het gras. Het Heisenberg-onzekerheidsprincipe.
Als de energie van het foton perfect gedefinieerd is, moet de timing ervan vaag zijn. De lichtpuls wordt lang. Een waas.
Dus wanneer komt het in de cloud? Je weet het niet precies. Je kent alleen het gemiddelde.
Als het foton er dwars doorheen gaat, is het een odyssee van kansen. Meestal verspreiden fotonen zich. Ze stuiteren af. Ze missen hun doel volledig. Maar soms lukt het iemand.
Wanneer dit gebeurt, gebeurt er iets vreemds.
Bereken de aankomsttijd op basis van het tijdstip waarop het binnenkwam, ervan uitgaande dat het met lichtsnelheid bewoog. De wiskunde zegt dat het later zou moeten arriveren. Omdat het woonde.
Dat is niet het geval.
Het komt vroeg aan.
In feite komt het zo vroeg aan dat de berekening suggereert dat het is vertrokken voordat het binnenkwam. Negatieve tijd.
We zagen dit al in 1993. Maar de meeste natuurkundigen haalden het van zich af. Ze noemden het een artefact. Gewoon een trucje van de voorkant van de lichtpuls die erdoorheen kwam, terwijl de rest verstrooid raakte. Handige uitleg. Gemakkelijk ontslag.
De atomen vragen wat ze weten
Aefraim was niet tevreden met dat verhaal. Hij wilde bewijs. Niet alleen door de aankomst van het foton, maar ook door de atomen zelf.
We moesten de rubidiumatomen vragen: Hoe lang verbleef de gast?
Dit is waar het lastig wordt.
In de kwantummechanica verandert de waarneming de werkelijkheid. Als we te goed zoeken, bevriezen we het systeem. Het wordt het quantum Zeno-effect genoemd. Het kijken naar de kat stopt de superpositie van Schrödinger. Of in ons mythologische kader verhindert het kijken naar Calypso haar om Odysseus vast te houden.
We moesten kijken. Maar we moesten zachtaardig zijn.
Voer zwakke metingen in.
We hebben een secundaire, zwakke laser door de atoomwolk afgevuurd. Niet gerelateerd aan het experiment met één foton. Deze sondelaser detecteerde kleine verschuivingen in de fase van het licht. Tekenen dat een atoom opgewonden was. Tekenen dat de energie van het foton momenteel rondhing.
Eén run zegt niets. Het signaal is te zwak. Te luidruchtig.
Dus we hebben het miljoenen keren gedaan. We hebben de gegevens gemiddeld. Het geluid verdween. De waarheid bleef.
De atomen waren het eens met de vroege aankomsten.
De verblijftijd gemeten in de wolk kwam overeen met de negatieve tijd berekend vanaf de aankomst.
Twee verschillende methoden. Twee volledig gescheiden fysieke signalen. Hetzelfde onmogelijke getal.
Geen artefact. Geen storing.
Dit maakt een einde aan het oude ‘front edge’-argument.
De aankomsttijd kan een statistische gril zijn. Een selectiebias waarbij alleen de voorrand overleeft. Dat kun je niet beweren als je rechtstreeks de interne klok van het atoom meet.
De atomen waren niet bevooroordeeld. Ze hebben zojuist vastgelegd wat er is gebeurd. En ze registreerden negatieve tijd.
Betekent dit dat we achteruit kunnen gaan? Een machine bouwen? Onze grootvaders bezoeken?
Helaas nee.
De natuurkunde is hier standaard. Bizar, ja. Standaard helaas. Er zijn hier geen mazen in de relativiteitstheorie. Geen causaliteitsschendingen.
Maar negatieve tijd is reëel.
Het laat een meetbare indruk achter. Het beïnvloedt de atoomwolk op een tastbare manier.
Waardoor ik met een slepende vraag blijf zitten. Als tijd negatief kan zijn voor een deeltje, waar is het dan negatief voor ons?
We dachten dat we de tijdlijn van het universum begrepen. Kwantumonderzoek suggereert dat de kaart nog steeds witte vlekken vertoont. Landen onontgonnen. Eilanden die we niet hebben bezocht.
Of misschien moeten we gewoon beter zoeken. Met een zwakkere straal.
“Negatieve tijd is geen artefact.”
De odyssee gaat verder.
Daniela Angulo, Kyle Thompson, Vida-Mich ell e Nixon, Andy Jiao, Howa rd M. Wisme an en Aep hraham M. Stein be rg, Physi ical R ev i e w Letters, 202 6
