Квантовая механика давно противоречит привычному представлению о том, как должна вести себя реальность. Квантовая частица может одновременно находиться сразу в нескольких возможных состояниях, которые физики описывают с помощью волновой функции.
Но при измерении мы всегда получаем один определённый результат. В стандартной квантовой механике это объясняется тем, что волновая функция в момент измерения «схлопывается», оставляя только один из возможных вариантов.
Теперь международная группа физиков рассмотрела более необычную идею: что такое схлопывание может происходить само по себе, без наблюдателя и измерительного прибора. Расчёты привели исследователей к неожиданному следствию — если подобные модели верны, небольшая неопределённость может быть присуща самому времени.
Работа опубликована в журнале Physical Review Research.
Модели спонтанного коллапса начали разрабатывать ещё в 1980-х годах. В отличие от обычных интерпретаций квантовой механики, они не просто по-другому объясняют происходящее, а предсказывают физические эффекты, которые потенциально можно измерить.
Авторы новой работы рассмотрели две такие модели.
Первая — модель Диоши — Пенроуза, согласно которой гравитация может играть роль в превращении квантовой системы из набора возможных состояний в одно определённое.
Вторая известна как непрерывная спонтанная локализация. Исследователи впервые количественно связали её с гравитационными колебаниями пространства-времени.
Именно здесь появился необычный результат. Расчёты показали, что при верности этих моделей время должно обладать крошечной собственной неопределённостью. Иными словами, может существовать фундаментальный предел того, насколько точно вообще возможно измерять время.
Это не означает, что современные часы работают неточно. Напротив, рассчитанный эффект оказался настолько мал, что обнаружить его не способны даже самые совершенные современные атомные часы — и, по оценке исследователей, не смогут часы, которые появятся в обозримом будущем.
Неопределённость на много порядков меньше всего, что можно измерить сейчас, поэтому для обычного отсчёта времени она не имеет никаких практических последствий.
Но для фундаментальной физики результат представляет интерес по другой причине. Он затрагивает одну из крупнейших нерешённых проблем — попытку совместить квантовую механику с гравитацией.
Квантовая механика чрезвычайно хорошо описывает атомы и элементарные частицы. Общая теория относительности Эйнштейна столь же успешно описывает гравитацию, планеты, звёзды, галактики и Вселенную в больших масштабах.
Проблема в том, что две теории совершенно по-разному относятся ко времени.
В обычной квантовой механике время выступает внешним классическим параметром, который не меняется под действием изучаемой квантовой системы.
В общей теории относительности всё иначе. Пространство и время образуют единую изменяемую структуру — пространство-время, которая способна искривляться под действием массы и энергии.
Именно это противоречие десятилетиями заставляет физиков искать более глубокую теорию, способную объединить квантовую механику и гравитацию.
Новая работа не решает эту проблему, но показывает, что модели спонтанного коллапса могут дать подсказку о том, как квантовая физика, гравитация и само время связаны между собой.
Есть и ещё одно важное следствие. Поскольку такие модели дают предсказания, отличающиеся от стандартной квантовой механики, достаточно точные эксперименты в принципе могут проверить, действительно ли подобные эффекты существуют в природе.
Пока же главный практический вывод оказался успокаивающим: даже если у времени действительно существует фундаментальная квантовая неопределённость, для современных часов она настолько мала, что остаётся совершенно незаметной.
