Учените твърдят: Времето може да съществува в две състояния едновременно

Нови научни изследвания хвърлят светлина върху една от най-големите мистерии в квантовата физика, предполагайки, че времето не е толкова постоянно, колкото изглежда. Учените все още не са сигурни какво точно предизвиква колапса на вълновата функция в квантовия свят, но според някои радикални теории гравитацията може да играе решаваща роля в този процес. Ако тези теории се окажат верни, това би означавало, че съществува фундаментална граница за точността, с която може да бъде измерено времето. Тази граница би останала незабележима за нашето ежедневие и дори за нашите свръхточни атомни часовници, но тя би ни разкрила много повече за природата на гравитацията в субатомния свят.

Квантовата странност и принципът на суперпозицията

Квантовата механика е известна в популярната култура предимно със своята странност. Докато в класическата физика обектите имат определена позиция и състояние във всеки даден момент, в света на субатомните частици това правило престава да важи. Един от стълбовете на тази квантова странност е принципът на суперпозицията, според който една частица може да съществува в множество състояния едновременно – например да се намира на повече от едно място в един и същи момент.

Целият диапазон от възможни състояния, всяко с изчислима вероятност, се представя чрез математическа единица, наречена вълнова функция. Въпреки това, в момента, в който се извърши измерване, вълновата функция „колабира“ в един-единствен краен резултат.

Гравитацията като двигател на колапса

Въпросът какво точно причинява колапса на вълновата функция остава без окончателен отговор. Някои учени – включително тези, които подкрепят модела на Джирарди–Римини–Вебер (GRW), модела на непрекъснатата спонтанна локализация (CSL) и модела на Диоси–Пенроуз (DP) – вярват, че става въпрос за обективен физически колапс. Последният от изброените модели, представен в края на 80-те години от нобеловия лауреат сър Роджър Пенроуз и Лайош Диоси от университета „Йотвьош Лоранд“ в Будапеща, използва гравитацията, за да обясни физическото свиване на вълновата функция.

Границата на точността на времето

В ново проучване, публикувано в списанието Physical Review Research, изследователите са анализирали тези модели, за да проучат как те влияят на измерването на времето. Анализът показва, че ако моделите на обективен колапс са правилни, самото време не е абсолютно точно. С други думи, съществува фундаментално ограничение за точността, която един часовник може да постигне. Причината е, че флуктуациите в гравитационното поле „индуцират присъща несигурност в потока на времето“.

Никола Бортолоти, докторант в Музея и изследователски център „Енрико Ферми“ (CREF) и водещ автор на изследването, обяснява подхода на екипа: „Това, което направихме, беше да вземем на сериозно идеята, че моделите на колапс могат да бъдат свързани с гравитацията. И след това зададохме един много конкретен въпрос: Какво означава това за самото време?“.

Теоретичната „размитост“ на времето

Важно е да се отбележи, че тези несигурности нямат пряко влияние върху ежедневието ни. Дори най-съвършените атомни часовници, способни да отчитат времето до 19-ия знак след десетичната запетая, все още не са достатъчно чувствителни, за да уловят тези гравитационни флуктуации. Въпреки това, проучването предполага съществуването на теоретична точка, в която самото време става „размито“.

Каталина Курчану, съавтор на изследването, подчертава значението на работата им: „Нашето изследване показва, че дори радикални идеи за квантовата механика могат да бъдат тествани спрямо прецизни физически измервания и че, успокоително, измерването на времето остава един от най-стабилните стълбове на съвременната физика“.

Още квантови парадокси и бъдещи перспективи

Докато въпросът дали гравитацията е в основата на колапса на вълновата функция остава отворен, това не е единствената странност, свързана с времето в квантовия свят. Скорошно изследване разгледа концепцията за „квантовия парадокс на близнаците“, според която времето само по себе си може да изпадне в суперпозиция, преминавайки едновременно бързо и бавно.

Учените се надяват, че в бъдеще ще могат да наблюдават тези феномени чрез ултрапрецизни атомни часовници, поставени в така нареченото „сгъстено състояние“ (squeezed state). Това би позволило индуцирането на нови поведения на времето и би предоставило по-дълбоко разбиране на квантовата реалност. Изглежда, че квантовият свят тепърва ще става все по-необясним и интригуващ.