Физики рассчитали квантовую «рябь» времени: до 10⁻²⁶ секунды в год

Время — самая привычная и самая загадочная величина в физике. Мы измеряем его с точностью, которая еще век назад казалась фантастикой, но до сих пор не знаем, является ли оно фундаментальным свойством мироздания или побочным эффектом более глубоких процессов. Группа исследователей под руководством Николы Бортолотти из Центра исследований Энрико Ферми, объединившая ученых из Италии и Венгрии, сделала шаг к ответу на этот вопрос — и заодно рассчитала, насколько «дрожит» само время.

Речь идет о квантовых флуктуациях пространства-времени — тех самых микроскопических возмущениях, которые должны возникать, если пространство и время не являются гладкой непрерывной сценой, а представляют собой нечто дискретное или подверженное случайным колебаниям на планковских масштабах. Физики рассмотрели две модели спонтанного коллапса волновой функции: модель Дьози — Пенроуза и модель непрерывной спонтанной локализации (CSL). Обе они пытаются объяснить, почему квантовые суперпозиции разрушаются при переходе к макроскопическому миру, не прибегая к фигуре наблюдателя.

Ключевой результат: если такие флуктуации существуют, они вносят дополнительную неопределенность в ход времени. За один год она накапливается до величины порядка 10⁻²⁸ секунды для модели CSL и около 10⁻³¹ секунды для модели Дьози — Пенроуза. С учетом экспериментально допустимых параметров CSL разброс расширяется — от 10⁻³¹ до 10⁻²⁶ секунды в год. Для сравнения: самые точные современные атомные часы не способны уловить разницу даже в 10⁻¹⁹ секунды. То есть обнаружение такого эффекта находится за пределами возможностей сегодняшней метрологии на много порядков.

Именно поэтому практической угрозы для хронометрии расчеты не несут. Однако ценность работы не в прикладной точности, а в теоретической сцепке. Стандартная квантовая механика описывает время как внешний классический параметр — фон, который ни на что не влияет и ни от чего не зависит. Общая теория относительности, напротив, делает время частью динамической геометрии: оно искривляется под действием массы и энергии, само становится участником физических процессов. Эти два описания десятилетиями существуют параллельно и не стыкуются.

Модели спонтанного коллапса, как показали Бортолотти и его коллеги, могут стать той точкой, где два языка начинают переводиться друг в друга. Впервые для модели CSL удалось получить количественную связь с гравитационными флуктуациями пространства-времени — то есть показать, как именно квантовые эффекты могли бы влиять на геометрию. Пусть эффект исчезающе мал, сам факт его существования в рамках модели делает ее проверяемой: если когда-нибудь точность измерений вырастет настолько, чтобы уловить подобные колебания, это станет прямым указанием на то, где искать теорию квантовой гравитации.

Пока же физики получили изящный результат: время может быть не идеально гладким, но его «рябь» настолько тонка, что не мешает ни работе часов, ни нашему восприятию реальности. Зато она напоминает, что за привычной равномерностью секунд скрывается один из самых нерешенных вопросов современной науки.

По материалам: iXBT