Физики предложили теорию о встроенной неопределённости времени, связанной с гравитацией

Международная команда физиков под руководством Николы Бортолотти из Музея и исследовательского центра Энрико Ферми (CREF) в Риме провела теоретическое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Research. Учёные изучали так называемые модели квантового коллапса — альтернативные подходы к квантовой механике, которые предполагают спонтанный коллапс волновой функции без необходимости в измерительном приборе или наблюдателе.

Две модели коллапса и связь с гравитацией

Исследователи сосредоточились на двух моделях. Первая — модель Дизи-Пенроза, названная в честь её авторов Лайоша Дизи и сэра Роджера Пенроза. Эта модель давно предполагает, что гравитация может играть роль в том, чтобы заставлять квантовые системы коллапсировать в определённые состояния. Вторая модель называется Continuous Spontaneous Localization. Впервые исследователи установили количественную связь между этой моделью и гравитационными флуктуациями в пространстве-времени.

Фундаментальный предел точности времени

Расчёты привели к неожиданному выводу: если модели коллапса верны, то время должно содержать очень малое количество встроенной неопределённости. Это означает, что может существовать фундаментальный предел того, насколько точно время может быть измерено в принципе. По словам Бортолотти, «после выполнения расчётов ответ становится ясным и удивительно обнадёживающим».

Практическое значение: часы остаются надёжными

Предсказанный эффект чрезвычайно мал. Как отметила Каталина Курчану, член FQxI и научный руководитель Национальных лабораторий Фраскати Национального института ядерной физики в Италии: «Неопределённость на много порядков ниже всего, что мы в настоящее время можем измерить, поэтому она не имеет практических последствий для повседневного хронометража». Даже самые продвинутые атомные часы, работающие сегодня или ожидаемые в ближайшем будущем, недостаточно точны, чтобы заметить эффект. Кристиан Пишичиа добавил: «Наши результаты явно показывают, что современные технологии хронометража полностью не затронуты».

Связь между квантовой механикой и гравитацией

Исследование касается одной из самых больших нерешённых проблем современной физики: как согласовать квантовую механику с гравитацией. Квантовая механика успешно описывает атомы, частицы и другие микроскопические системы, а общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию и поведение пространства и времени в больших масштабах. Однако обе теории трактуют время принципиально по-разному. В стандартной квантовой механике время рассматривается как внешний классический параметр, не зависящий от изучаемой квантовой системы. В общей теории относительности пространство и время — это часть гибкой структуры, называемой пространством-временем, которая может изгибаться и изменяться в ответ на массу и энергию.

Путь к тестированию альтернативных теорий

Работа предлагает практическое применение: поскольку модели коллапса предсказывают измеримые эффекты, отличающиеся от стандартной квантовой механики, чрезвычайно точные эксперименты могут в конечном итоге помочь определить, описывают ли эти идеи что-то реальное в природе. Курчану подчеркнула важность поддержки исследований нетрадиционных вопросов в основах физики: «Не так много фондов в мире, которые поддерживают исследования таких фундаментальных вопросов о вселенной, пространстве, времени и материи».

Это данные теоретического исследования, а не практическое открытие.