최근 과학자들은 아주 이상한 현상을 관측했습니다.특정 장소로 발사된 빛이, 그곳에 도착하기도 전에 먼저 발생이 된 건데요.마치 빛의 시간이 역전되는 것처럼 보이는 매우 이상한 현상이었습니다.그 짧은 순간, 광자가 미래로 이동했다가 과거로 다시 돌아오기라도 한 걸까요?도대체 이러한 현상을 어떻게 이해하면 되는 걸까요?이번 연구는 arXiv 2024년 9월 5일자에 게재되었습니다.빛의 속도는 변하지 않습니다.단, 이러한 전제는 진공상태에서만 성립이 되는데요.빛이 이동하는 경로에 액체나 기체와 같은 물체가 있다면 빛도 느려질 수 있습니다.이는 광자와 물체 내부의 원자 사이에서 상호 작용이 일어나기 때문이죠.실제로 최근에는 빛의 속도를 늦추는 실험이 진행되고 있고, 또 성공하고 있습니다.심지어 빛을 완전히 정지시키는 실험에도 성공한 적이 있었죠.그렇다면 빛의 속도를 지연시키는 것을 넘어서, 역전시키는 것도 가능할까요?만약에 이것이 가능해 진다면, 어떠한 일들이 일어나게 될까요?
얼마전 과학자들은 아주 독특한 광자 이동 실험을 진행하고 있었습니다.절대 영도로 냉각된 루비듐 원자 구름에 광자를 통과시켜보는 실험이었는데요.실험에 이용된 루비듐 원자 구름은, 수 많은 루비듐 원자들이 뭉쳐진 형태를 말합니다.하지만 아주 특이하게도 마치 1개의 거대한 원자처럼 움직이는 상태였죠.이러한 현상을 가리켜 '보스-아인슈타인 응축' 이라고 합니다.보손 입자들을 절대 영도에 가깝게 냉각시키면 일어나게 되는 아주 특이한 현상이죠.과학자들은 이 원자 구름에 광자를 발사해서, 어떠한 일들이 일어나는지 살펴봤습니다.그 결과, 예상하지 못한 아주 이상한 현상이 관측되었는데요.광자가 루미듐 원자 구름 속으로 들어가기도 전에, 이미 그곳에서 광자가 나오고 있었습니다.앞에서 설명했듯이, 광자가 원자들과 상호 작용해서 속도가 지연될 수는 있습니다.하지만 지연과 정지를 넘어 시간이 역전된다는 것은, 인과율에 반하는 결과처럼 보였죠.더욱이 이 현상은, 광자가 원자 구름속으로 들어가서 원자를 만나기도 전에 일어났습니다.어떻게 이것이 가능한 걸까요? 광자가 시간 여행이라도 했다는 걸까요?
과학자들은 이번에 관측된 현상이 실제로 시간이 역전된 것은 아니라고 생각합니다.광자가 어떠한 양자적 현상 때문에, 지연과 정지값을 넘어선 것으로 생각하고 있죠.또한 관측된 빛에는 어떠한 정보도 없기 때문에, 인과율 자체를 따질 수도 없습니다.과학자들은 광자가 관측되기 전에 여러가지의 상태로 존재할 수 있다고 생각하는데요.즉, 광자의 시간이 지연된 상태, 지연되지 않은 상태, 마이너스의 상태...이렇게 여러가지의 상태가 겹쳐서, 동시에 존재하게 될 가능성이 있다는 겁니다.이 때, 어떠한 조건이 만족되어, 마이너스 상태의 광자가 관측된 것일 수도 있다는 거죠.즉, 이번에 관측된 현상에는우리가 알지 못하는 어떠한 양자적 원리가 적용되어 있을 수 있다는 겁니다.다시 말해, 빛이 과거로 이동하는 것처럼 보이는 양자 현상이, 실제로 존재할 수 있다는 건데요.하지만 이것이 어떠한 원리에 의해서 결정되고, 또 관측으로 이어지는 것인지는 알 수 없습니다.사실 양자역학은 아직 완전히 밝혀지지 않은 미지의 분야라고 할 수 있습니다.그래서 이번 관측에 대한 과학자들의 다양한 의견들이 앞으로 쏟아져 나오게 될 겁니다.광자가 도착하기도 전에, 이미 그곳에서 나타난 미지의 광자...과연 이 광자의 정체는 무엇이었을까요?어쩌면 이번의 발견에는, 우리가 생각치도 못했던 놀라운 비밀이 숨어 있을지도 모릅니다.
![[Submitted on 5 Sep 2024]
Experimental evidence that a photon can spend a negative amount of time in an atom cloud
Daniela Angulo, Kyle Thompson, Vida-Michelle Nixon, Andy Jiao, Howard M. Wiseman, Aephraim M. Steinberg](https://blog.kakaocdn.net/dn/btA9Ee/btsJMyFZgKC/GjOcqK8L4Q2TaxuIJTw60k/img.jpg)
