Международная группа ученых при поддержке Института фундаментальных доказала, что альтернативные теории квантовой механики — так называемые модели спонтанного коллапса — могут иметь прямые последствия для нашего понимания времени и пределов точности часов. Работа опубликована в журнале Physical Review Research (PRR).
Квантовая механика описывает мир, в котором частицы могут одновременно находиться в нескольких состояниях, однако в реальности мы всегда видим лишь один конкретный результат. Обычно это объясняют так называемым коллапсом волновой функции — переходом системы в определенное состояние в момент измерения. Но почему и как именно это происходит, до сих пор остается одной из главных загадок физики.
В отличие от привычных интерпретаций квантовой механики, которые невозможно проверить экспериментально, модели спонтанного коллапса предполагают, что волновая функция разрушается сама по себе, без участия наблюдателя. Одной из таких теорий является модель Диози—Пенроуза, связывающая коллапс с гравитацией. В новой работе ученые впервые количественно показали, что и другая популярная модель — непрерывной спонтанной локализации — также может быть связана с микроскопическими флуктуациями пространства-времени.
Руководитель исследования Никола Бортолотти из Музея и исследовательского центра Энрико Ферми пояснил, что команда задалась простым, но фундаментальным вопросом: если коллапс действительно связан с гравитацией, что это означает для самого времени? Расчеты показали, что в таком случае время должно обладать крошечной, фундаментальной неопределенностью. Это означает существование предельной, пусть и крайне малой, границы точности любых часов.
Однако, как подчеркивают авторы, поводов для беспокойства нет. Эта неопределенность настолько мала, что она на много порядков меньше чувствительности самых точных атомных часов, существующих сегодня или планируемых в будущем. Современные технологии измерения времени полностью защищены от подобных эффектов.
Тем не менее результат важен с теоретической точки зрения. В стандартной квантовой механике время считается внешним, классическим параметром, тогда как в общей теории относительности Эйнштейна оно может искривляться и изменяться под действием массы и энергии. Новая работа указывает на возможный скрытый мост между квантовой механикой, гравитацией и природой времени.
По словам исследователей, эти выводы показывают, что даже радикальные идеи о фундаментальном устройстве мира можно проверять через точные физические измерения. А стабильность и надежность измерения времени при этом остаются одним из самых прочных оснований современной физики.
Ранее ученые впервые применили квантовую «алхимию».
