Група фізиків із Королівського коледжу Лондона опублікувала роботу, що описує новий підхід до виміру часу. Автори розробили набір математичних рівнянь, які дозволяють перетворити будь-яку послідовність випадкових подій на свого роду «годинник». Це означає, що для вимірювання часу можна використовувати не тільки періодичні процеси, як у звичайних годинниках, а й події, що відбуваються нерегулярно.
Як приклад таких випадкових подій автори наводять коливання цін біржі чи биття серця. Якщо кожна подія залежить тільки від попередньої, такий процес називається марковським. Аналізуючи послідовність таких марковських подій, вчені можуть оцінити минулий час та визначити максимально можливу точність цього «годинника».
Ключовий момент полягає в тому, що якщо поведінка «годинника», створеного за цими рівняннями, відрізняється від передбаченого, то це може вказувати на наявність квантових ефектів у системі. Класичні марковські процеси підпорядковуються певним математичним обмеженням точності виміру часу. Квантові ж технології, наприклад, атомний годинник, цих обмежень не дотримуються, демонструючи більш високу точність.
Доктор Марк Мічісон, провідний автор роботи та старший викладач кафедри фізики Королівського коледжу, пояснює: «Наша мета полягала в тому, щоб з’ясувати мінімальні складові для створення годинника. Наприклад, чи можна точно вимірювати час, опинившись на безлюдному острові? Ми знайшли рівняння, які показують, як створити годинник, вважаючи випадкові події навколо вас, такі як хвилі, що накочують на берег, або ваші удари серця». Він підкреслює, що отримані рівняння описують максимально точний «годинник», який можна побудувати на основі класичної фізики та марковських процесів. Будь-яке відхилення від передбаченої поведінки свідчить про наявність некласичних ефектів.
Автори сподіваються, що розроблені математичні методи допоможуть вивчити, як біологічні системи ефективно функціонують за умов випадкових флуктуацій. Як приклад наводиться моторний білок кінезин, який транспортує інші білки всередині клітини, крокуючи мікротрубочками. Ці «молекулярні машини» перетворюють випадкову теплову енергію в повторювані, регулярні рухи, подібно до цокання годинника. Порушення роботи кінезину пов’язане з таким захворюванням як хвороба моторних нейронів.
Доктор Мічісон зазначає: «Розглядаючи молекулярні машини як “годинник”, ми отримуємо уявлення про те, як деякі природні процеси мимоволі породжують порядок із хаосу. Ми бачимо це на різних масштабах нашого Всесвіту, від біологічних організмів і екосистем до мікросвіту». Розуміння фундаментальних обмежень для класичного «годинника» дозволяє краще зрозуміти, що відрізняє квантовий годинник. Автори роботи сподіваються, що їхні дослідження допоможуть у вирішенні фундаментальних питань про природу часу у квантовій фізиці, таких як його спрямування, квантування та зв’язок із пам’яттю. Джерело