В эксперименте ученые из Университета Гриффита использовали облако атомов рубидия, сквозь которое проходил фотон с определенной энергией. Эти атомы находятся в «резонансе» с фотоном, то есть энергия фотона может временно передаваться им в виде атомного возбуждения. Это позволяет фотону «пребывать» в атомном облаке некоторое время, прежде чем он выйдет наружу.

Однако, согласно принципу неопределенности, если энергия фотона точно определена, то время его появления должно быть неопределенным. Это означает, что мы не можем знать в точности, когда фотон входит в облако, но мы можем узнать среднее время его входа. Если такой фотон выпущен в облако, вероятнее всего его энергия будет передана атомам, а затем переизлучена в виде фотона, движущегося в случайном направлении. В таких случаях фотон рассеивается и не достигает своей цели.

Но если фотон проходит прямо насквозь, можно вычислить ожидаемое среднее время его выхода из облака (если допустить, что он движется со скоростью света, как это свойственно фотонам). В эксперименте среднее время прибытия фотона на детектор оказалось значительно раньше, настолько, что казалось, будто он провел в облаке атомов отрицательное время. Физики знают об этом эффекте десятки лет и наблюдали его в эксперименте 1993 года, пишет Говард Уазман, один из исследователей. Однако эффект этот обычно не принимают всерьез, поскольку его можно объяснить тем, что напрямую проходят только передние фронты длинного светового импульса, а остальные рассеиваются.

Для того чтобы исключить эту вероятность, авторы применили новый подход: вместо измерения времени прибытия фотона они измерили, как долго энергия фотона пребывает в атомах. Они использовали слабый, но очень точно калиброванный лазерный луч, который возмущает систему минимально, в отличие от сильного измерения, которое вызвало бы квантовый эффект Зенона и остановило бы взаимодействие.

В результате исследователи получили слабое время пребывания фотонов в облаке. Оно оказалось равным отрицательному времени прибытия, выведенному через среднее время прибытия фотона. До сих пор никто не предполагал, что эти два времени, измеренные совершенно разными способами, могут быть равны.

Авторы подчеркивают, что отрицательное значение слабо измеренного времени пребывания нельзя объяснить предположением, что напрямую проходит только передняя часть импульса фотона.

Эксперимент ученых полностью объясняется известными законами физики. Но он показывает, что отрицательное время пребывания — не случайное искажение. Оно имеет прямо измеримый эффект на атомное облако, сквозь которое проходит фотон.

Физик Флориан Нойкарт из Лейденского университета (Нидерланды) рассмотрел в своем эссе «проблему времени» и попытки ее решения. В результате он пришел к выводу, что время — производная от информации, а Вселенная — колоссальный архив данных, которые могут только накапливаться.