Физики из FQxI установили фундаментальный предел точности измерения времени

Почему время стало еще более странным: физики нашли квантовую неопределенность

Международная команда физиков из Института фундаментальных вопросов (FQxI) в Риме сделала заявление, от которого у инженеров-хронометристов может дернуться глаз. Время — не абсолютно гладкая шкала. Оно содержит крошечные, но неустранимые «дрожания». Эти флуктуации пространства-времени возникают из-за спонтанного коллапса квантовых волновых функций. И хотя сейчас это не сломает ваш смарт-часы, для фундаментальной физики результат — бомба.

Руководитель исследования — Никола Бортолотти, аспирант музея и исследовательского центра Энрико Ферми (CREF). Он и его коллеги взяли давнюю теоретическую концепцию — модель непрерывной спонтанной локализации (CSL) — и впервые количественно связали ее с гравитацией. Коротко: волновые функции коллапсируют не потому, что на них смотрят, а сами по себе, случайным образом. Так вот, этот случайный коллапс порождает микроскопические возмущения в самом пространстве-времени. Время перестает быть идеальной линейкой.

Как это работает: модель «самоуничтожения» волн

Пошагово это выглядит так. В квантовой механике частица описывается волной вероятности — пока вы не измерили, она размазана. В стандартной интерпретации коллапс происходит от измерения. В CSL — коллапс происходит самопроизвольно, с некоторой частотой. Представьте, что волна каждую миллиардную долю секунды «решает», где ей схлопнуться. Именно эти «решения» вносят шум в гравитационное поле. А раз гравитация влияет на пространство-время, то и время начинает флуктуировать.

Недавно я заметил, что научпоп-новости часто обходят стороной практическую бесполезность таких открытий. Здесь она абсолютна — неопределенность времени на 20 порядков ниже, чем могут заметить даже атомные часы. Но именно такие «бесполезные» детали заставляют переписывать учебники.

Каталина Курчану, директор по исследованиям в Национальном институте ядерной физики во Фраскати, подтверждает: обнаруженная неопределенность лежит за гранью современных измерительных технологий. Атомные часы, GPS, лазерные интерферометры — всё продолжит работать как прежде. Это не проблема для хронометража. Это проблема для теории.

Две реальности времени: квантовая vs общая относительность

Исследование бьет в самую больную точку современной физики — стык квантовой механики и общей теории относительности. Они по-разному смотрят на время. Вот таблица для наглядности:

Результаты Бортолотти и коллег указывают на то, что модели квантового коллапса могут служить мостом. Если волна коллапсирует сама — это квантовый процесс, который по определению неустранимо влияет на геометрию. Время обретает «неопределенность» даже без измерительного прибора. С моей точки зрения, это сильный аргумент в пользу того, что квантовая реальность первична, а пространство-время — лишь коллективный эффект.

Что дальше? Квантовые часы как предел

Из работы следует фундаментальное ограничение: никакие часы не смогут быть точнее, чем позволяет этот квантовый шум. Даже если вы построите идеальный хронометр на основе черной дыры — фундаментальная «зернистость» времени останется. Пока это чистая теория, но для разработчиков сверхточных измерителей сигнал: рано или поздно упретесь в квантовый потолок.

• Неопределенность времени — не баг, а фича природы.
• Модели спонтанной локализации — кандидат на объединение квантов и гравитации.
• Практического применения в ближайшие 50 лет — ноль. Но детализация мира — бесценна.

Лично я считаю, что это исследование — еще один гвоздь в гроб классического детерминизма. Лапласовский демон, который знает всё будущее, разбивается о спонтанный коллапс. Время перестало быть просто метрикой — оно стало квантовым игроком. И этот игрок — с неизвестными правилами.

Резюме от автора: Неопределенность времени реальна, но пока не влияет на вашу жизнь. Для физиков — новый инструмент для проверки моделей квантовой гравитации. Для всех остальных — повод задуматься: а что, если время не течет, а «мерцает»?