Een fenomeen van de kwantummechanica, bekend als superpositie, kan invloed hebben op de tijdwaarneming in zeer nauwkeurige klokken. volgens een theoretische studie van Dartmouth College, Saint Anselm College en Santa Clara University.

Onderzoek dat het effect beschrijft, toont aan dat superpositie - het vermogen van een atoom om tegelijkertijd in meer dan één toestand te bestaan ​​- leidt tot een correctie in atoomklokken die bekend staat als 'kwantumtijddilatatie'.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , houdt rekening met kwantumeffecten die verder gaan dan de relativiteitstheorie van Albert Einstein om een ​​nieuwe voorspelling te doen over de aard van tijd.

"Als we betere klokken hebben ontwikkeld, we hebben iets nieuws over de wereld geleerd, " zei Alexander Smit, een assistent-professor natuurkunde aan Saint Anselm College en adjunct-assistent-professor aan Dartmouth College, die het onderzoek leidde als junior fellow in Dartmouth's Society of Fellows. "Quantumtijddilatatie is een gevolg van zowel de kwantummechanica als de relativiteitstheorie van Einstein, en biedt zo een nieuwe mogelijkheid om fundamentele fysica op hun kruispunt te testen."

In de vroege jaren 1900, Albert Einstein presenteerde een revolutionair beeld van ruimte en tijd door aan te tonen dat de tijd die een klok ervaart afhangt van hoe snel hij beweegt - naarmate de snelheid van een klok toeneemt, de snelheid waarmee het tikt neemt af. Dit was een radicale afwijking van Sir Isaac Newtons absolute notie van tijd.

Kwantummechanica, de bewegingstheorie die het atomaire rijk beheerst, zorgt ervoor dat een klok kan bewegen alsof hij tegelijkertijd met twee verschillende snelheden reist:een kwantum "superpositie" van snelheden. Het onderzoekspaper houdt rekening met deze mogelijkheid en biedt een probabilistische theorie van tijdwaarneming, wat leidde tot de voorspelling van kwantumtijddilatatie.

Om de nieuwe theorie te ontwikkelen, het team combineerde moderne technieken uit de kwantuminformatiewetenschap met een in de jaren tachtig ontwikkelde theorie die uitlegt hoe tijd zou kunnen ontstaan ​​uit een kwantumtheorie van de zwaartekracht.

"Natuurkundigen hebben decennialang geprobeerd de dynamische aard van tijd in de kwantumtheorie te accommoderen, " zei Mehdi Ahmadi, een docent aan de Santa Clara University die co-auteur was van de studie. "In ons werk we voorspellen correcties voor relativistische tijddilatatie die voortkomen uit het feit dat de klokken die worden gebruikt om dit effect te meten, kwantummechanisch van aard zijn."

Op dezelfde manier dat koolstofdatering afhankelijk is van rottende atomen om de leeftijd van organische objecten te bepalen, de levensduur van een aangeslagen atoom werkt als een klok. Als zo'n atoom beweegt in een superpositie van verschillende snelheden, dan zal zijn levensduur toenemen of afnemen, afhankelijk van de aard van de superpositie ten opzichte van een atoom dat met een bepaalde snelheid beweegt.

De correctie op de levensduur van het atoom is zo klein dat het onmogelijk zou zijn om te meten in termen die logisch zijn op menselijke schaal. Maar het vermogen om dit effect te verklaren, zou een test van kwantumtijddilatatie mogelijk maken met behulp van de meest geavanceerde atoomklokken.

Net als het nut van kwantummechanica voor medische beeldvorming, computergebruik, en microscopie, was misschien moeilijk te voorspellen toen die theorie werd ontwikkeld in de vroege jaren 1900, het is te vroeg om de volledige praktische implicaties van kwantumtijddilatatie voor te stellen.