Физики обнаружили фундаментальный предел точности хода времени
Физики, связанные с Институтом фундаментальных вопросов (FQxI), представили исследование, показывающее, что само время может обладать крошечными внутренними неопределённостями, которые в теории ограничивают предельную точность хода часов. При этом учёные подчёркивают, что эти неопределенности не влияют ни на наручные часы, ни на самые точные из существующих сегодня атомных часов.
Долгое время физики ищут единую теорию, объединяющую квантовую механику и гравитацию — теории, работающие в кардинально разных масштабах. Общая теория относительности Эйнштейна описывает макромир звёзд и галактик, где время и пространство могут искривляться массой, а квантовая механика — мир субатомных частиц, где время считается внешним и неизменным фоном. Чтобы объяснить противоречие между квантовыми парадоксами (например, суперпозицией, когда частица может находиться в нескольких состояниях одновременно) и определённостью макромира, существуют модели квантового коллапса. Они предполагают, что волновая функция, описывающая квантовое состояние, может спонтанно коллапсировать в одно определённое состояние даже без наблюдения.
Исследовательская группа, в которую вошли учёные из ведущих мировых центров ядерной физики, глубоко изучила такие модели, включая модель Диоси-Пенроуза, связывающую коллапс с гравитацией. В своей новой работе, в журнале Physical Review Research, они количественно связали другую модель — непрерывную спонтанную локализацию — с флуктуациями пространства-времени.
«Мы серьёзно отнеслись к идее, что модели коллапса могут быть связаны с гравитацией, — пояснил ведущий автор исследования, аспирант Музея и исследовательского центра Энрико Ферми (CREF) в Риме Никола Бортолотти. — И затем задали очень конкретный вопрос: что это означает для самого времени?» Расчёты показали, что если модели квантового коллапса верны, то время должно обладать минимальной внутренней неопределённостью. Это накладывает фундаментальный, хотя и чрезвычайно малый, предел на точность любых часов.
«Когда вы проводите расчёты, ответ становится ясным и на удивление обнадёживающим», — добавил Бортолотти. Исследователи уверяют, что эта неопределенность находится далеко за пределами чувствительности современных технологий. «Неопределенность на много порядков ниже всего, что мы можем измерить сегодня, поэтому она не имеет практических последствий для повременного измерения времени», — подтвердила участница исследования, научный директор Национальных лабораторий Фраскати Каталина Курчяну.
Таким образом, работа указывает на возможную глубокую связь между квантовой физикой, гравитацией и природой времени, приближая науку к созданию более фундаментальной теории, объединяющей разные области физики.