Fizicienii regândesc una dintre cele mai mari enigme ale mecanicii cuantice: modul în care posibilitățile vagi devin realitate definită. O nouă cercetare sugerează că procesele spontane de "colaps" - posibil legate de gravitație - ar putea estompa subtil timpul însuși. Acest lucru nu ar afecta ceasurile pe care le folosim astăzi, dar dezvăluie o limită ascunsă a cât de precis poate fi timpul. Descoperirile deschid o nouă cale către unirea fizicii cuantice cu gravitația.
Mecanica cuantică este renumită pentru ideile sale ciudate și adesea contraintuitive. La scări foarte mici, particulele nu se comportă ca obiectele de zi cu zi. În schimb, ele pot exista în mai multe stări simultan, un concept cunoscut sub numele de superpoziție. Fizicienii descriu acest comportament folosind un obiect matematic numit funcție de undă.
Cu toate acestea, această imagine se ciocnește cu ceea ce observăm în viața de zi cu zi, unde obiectele ocupă un singur loc sau o singură stare la un moment dat. Pentru a rezolva această problemă, oamenii de știință propun de obicei ca, atunci când un sistem cuantic este măsurat sau interacționează cu un observator, funcția sa de undă se prăbușește într-un singur rezultat.
Acum, cu sprijinul Foundational Questions Institute, FQxI, un grup internațional de fizicieni a analizat mai atent explicațiile alternative cunoscute sub numele de modele de colaps cuantic. Descoperirile lor sugerează că aceste idei ar putea avea consecințe surprinzătoare pentru modul în care se comportă timpul însuși, inclusiv limite mici asupra cât de precis poate fi măsurat.
Cercetarea, publicată în *Physical Review Research*, oferă, de asemenea, o modalitate posibilă de a testa aceste modele comparativ cu teoria cuantică standard.
"Ceea ce am făcut a fost să luăm în serios ideea că modelele de colaps pot fi legate de gravitație", spune Nicola Bortolotti, doctorand la Muzeul și Centrul de Cercetare Enrico Fermi (CREF) din Roma, Italia, care a condus studiul. "Și apoi am pus o întrebare foarte concretă: Ce implică acest lucru pentru timpul în sine?"
În anii 1980, cercetătorii au început să dezvolte teorii în care colapsul funcției de undă se întâmplă spontan, fără a necesita observație sau măsurare. Spre deosebire de interpretările tradiționale ale mecanicii cuantice, care oferă în principal diferite moduri de a gândi aceleași ecuații, aceste modele de colaps fac predicții care ar putea, în principiu, să fie testate experimental.
Bortolotti și colegii Catalina Curceanu, Kristian Piscicchia, Lajos Diósi și Simone Manti au examinat două versiuni de frunte ale acestor modele. Unul este modelul Diósi-Penrose, care propune de multă vreme o legătură între gravitație și colapsul funcției de undă. Celălalt este Localizarea Spontană Continuă. În noua lor lucrare, cercetătorii au stabilit o relație cantitativă între acest al doilea model și fluctuațiile din spațiu-timp cauzate de gravitație.
Analiza lor arată că, dacă aceste modele de colaps descriu cu exactitate realitatea, atunci timpul în sine nu poate fi perfect exact. În schimb, ar conține un nivel extrem de mic de incertitudine inerentă. Aceasta ar stabili o limită fundamentală a cât de precis ar putea fi vreodată orice ceas.
"Odată ce faci calculul, răspunsul este clar și surprinzător de liniștitor", a spus Bortolotti.
Important, acest efect este mult prea mic pentru a afecta orice tehnologie actuală. Chiar și cele mai avansate ceasuri atomice nu l-ar detecta.
"Incertitudinea este cu multe ordine de mărime sub orice putem măsura în prezent, deci nu are consecințe practice pentru cronometrajul de zi cu zi", spune Curceanu. "Rezultatele noastre arată explicit că tehnologiile moderne de cronometrare nu sunt deloc afectate", adaugă Piscicchia.
De zeci de ani, fizicienii încearcă să unifice mecanica cuantică cu gravitația. Fiecare teorie funcționează extrem de bine în propriul său domeniu. Mecanica cuantică descrie comportamentul particulelor la scări microscopice, în timp ce relativitatea generală explică modul în care gravitația modelează structura la scară largă a universului, inclusiv stelele și galaxiile.
Cu toate acestea, cele două cadre tratează timpul în moduri foarte diferite.
"În mecanica cuantică standard, timpul este tratat ca un parametru extern, clasic, care nu este afectat de sistemul cuantic studiat", explică Curceanu. În schimb, relativitatea generală descrie timpul ca pe ceva care se poate întinde și îndoi sub influența masei și energiei.
Construind pe ideile anterioare că mecanica cuantică ar putea face parte dintr-o teorie mai profundă, noua cercetare indică posibile legături între comportamentul cuantic, gravitație și fluxul timpului însuși.
Curceanu a subliniat importanța explorării ideilor neconvenționale în fizică. "Nu există multe fundații în lume care să sprijine cercetarea cu privire la aceste tipuri de întrebări fundamentale despre univers, spațiu, timp și materie", spune Curceanu. "Lucrarea noastră arată că chiar și ideile radicale despre mecanica cuantică pot fi testate comparativ cu măsurătorile fizice precise și că, în mod liniștitor, cronometrarea rămâne unul dintre cei mai stabili piloni ai fizicii moderne."
Această lucrare a fost parțial susținută prin programul FQxI Consciousness in the Physical World.