Время — самая надёжная вещь во Вселенной. Физики выяснили, что это, возможно, не так

Физики показали, что альтернативные модели квантовой механики ведут к фундаментальному пределу точности времени

Время кажется самой надежной вещью во Вселенной: часы тикают, атомные стандарты считают доли секунды, а физики сверяют эксперименты с невероятной точностью. Но новая работа международной группы ученых показывает, что даже у времени может быть микроскопический «шум», если одна из альтернативных версий квантовой механики описывает реальность верно. Речь не о сбое часов и не о практической угрозе для технологий, а о возможном фундаментальном пределе точности, который лежит намного ниже возможностей современных измерений.

Исследование, опубликованное в Physical Review Research при поддержке Foundational Questions Institute, FQxI, разбирает так называемые модели квантового коллапса. В обычном объяснении квантовой механики частица может находиться сразу в нескольких состояниях, а при измерении волновая функция «схлопывается» до одного результата. Модели спонтанного коллапса предлагают более радикальную идею: схлопывание происходит само, без наблюдателя и без специального измерения.

Главная ценность таких моделей для физиков в том, что альтернативные теории не остаются чистой философией. Модели спонтанного коллапса дают предсказания, которые можно пытаться проверить в эксперименте. Команда Николы Бортолотти из Музея и исследовательского центра Энрико Ферми в Риме связала такие модели с гравитацией и задала прямой вопрос: что произойдет со временем, если квантовый коллапс действительно связан с устройством пространства-времени?

Физики рассмотрели две известные версии таких идей. Первая, модель Диоши-Пенроуза, давно связывает гравитацию с коллапсом волновой функции. Вторая, Continuous Spontaneous Localization, описывает непрерывную самопроизвольную локализацию квантовой системы. В новой работе исследователи вывели количественную связь между второй моделью и гравитационными флуктуациями пространства-времени.

Расчет привел к осторожному, но любопытному выводу. Если модели коллапса верны, время не может быть абсолютно точным параметром. Время должно содержать крошечную внутреннюю неопределенность, а значит, у любой системы измерения времени существует предельная точность. Даже идеальные часы в такой картине не смогут измерять время бесконечно точно.

Авторы сразу подчеркивают, что практических последствий для повседневной жизни и техники вывод не несет. Предсказанная неопределенность на много порядков меньше, чем способны уловить современные приборы. Даже самые точные атомные часы не заметят такого эффекта, поэтому навигация, связь, синхронизация сетей и лабораторные стандарты времени остаются в безопасности.

Работа интересна не прикладным эффектом, а попыткой нащупать мост между квантовой механикой и гравитацией. Квантовая теория отлично описывает микромир, общая теория относительности объясняет гравитацию и крупномасштабную структуру Вселенной, но две картины по-разному обращаются со временем. В стандартной квантовой механике время выступает внешним классическим параметром, а в общей теории относительности время растягивается и искривляется под влиянием массы и энергии.

Новая модель не закрывает старую проблему объединения квантовой механики и гравитации, но дает физикам редкий подарок: проверяемое следствие из довольно смелой идеи. Даже если будущие эксперименты не подтвердят модели спонтанного коллапса, ученые получат более жесткие ограничения для теорий, которые пытаются объяснить, как квантовый мир превращается в привычную реальность с определенными событиями, объектами и ходом времени.

Источник