Ми звикли думати про час як про щось бездоганно точне: секунди можна відміряти атомними годинниками, а найкращі сучасні технології здатні фіксувати неймовірно малі проміжки. Але фізики припустили дещо набагато дивніше — сам час може мати крихітну фундаментальну невизначеність.
Поки що це не означає, що наші годинники раптом почнуть поспішати або відставати. Ефект настільки малий, що його неможливо виявити сучасними технологіями. Проте сама ідея може мати величезне значення для фундаментальної фізики.
А що, якщо час не є абсолютно точним?
У звичайній квантовій механіці час зазвичай розглядають як зовнішній параметр. Тобто система змінюється в часі, але сам час не є частиною квантового об’єкта.
З гравітацією все складніше. Теорія відносності Альберта Ейнштейна показує, що простір і час утворюють єдину структуру — простір-час, яка може викривлятися під впливом матерії та енергії. Саме ця різниця між квантовою механікою та гравітацією вже десятиліттями залишається однією з найбільших загадок фізики.
Тепер міжнародна команда дослідників вирішила перевірити, що станеться, якщо серйозно розглянути теорії, у яких квантові стани можуть руйнуватися самі по собі.
Квантова «крахова» теорія змінює правила
У стандартній квантовій механіці квантова система може перебувати в суперпозиції кількох можливих станів. Під час вимірювання ми отримуємо конкретний результат. Але існують альтернативні моделі, у яких для такого переходу не потрібен спостерігач. Квантовий стан може спонтанно перейти до певного результату.
Дослідники розглянули дві такі моделі, зокрема модель Діоші—Пенроуза, яка пов’язує квантовий колапс із гравітацією, а також модель Continuous Spontaneous Localization.
І саме тут з’явилася найбільш незвичайна частина результату. Якщо ці моделі правильно описують природу, то невизначеність може бути властива не лише квантовим об’єктам, а й самому вимірюванню часу.
Годинники все одно можуть залишатися точними
Звучить так, ніби фізики знайшли «збій» у Всесвіті. Але на практиці все набагато спокійніше. Розрахована невизначеність настільки мізерна, що навіть найточніші атомні годинники сьогодні та технології найближчого майбутнього не зможуть її помітити.
Для повсякденного життя це взагалі не має жодного значення. Тобто ваш смартфон не почне показувати неправильний час, а GPS не втратить точність через цю особливість. Навпаки, результати показують, що сучасний спосіб вимірювання часу залишається надзвичайно стабільним.
Чому тоді це відкриття взагалі важливе?
Тому що фізиків цікавить не лише точність годинників. Якщо квантові моделі колапсу справді пов’язані з гравітаційними флуктуаціями простору-часу, вони можуть дати підказку до вирішення однієї з головних проблем сучасної науки — як об’єднати квантову механіку з теорією гравітації.
І тут з’являється практична можливість. На відміну від багатьох суто філософських інтерпретацій квантової механіки, моделі колапсу передбачають фізичні ефекти, які в принципі можна перевірити експериментально. Поки що необхідної точності для цього немає. Але якщо майбутні технології дозволять проводити ще чутливіші вимірювання, вчені зможуть перевірити, чи справді в природі існує така фундаментальна невизначеність.
Тож фізики поки не заявляють, що «час зламався». Вони зробили дещо цікавіше: показали, що за певних квантових теорій сам час може мати крихітну межу точності. Якщо колись експеримент зможе її побачити, це буде вже не маленька похибка годинника, а підказка про те, як насправді влаштовані простір, час, матерія і сама реальність.