Fizičari našli grešku u samom vremenu: „Ako su modeli kolapsa tačni, vreme ne može biti savršeno precizno“

Kvantna mehanika poznata je po svojim čudnim i često kontraintuitivnim idejama. Na veoma malim skalama, čestice se ne ponašaju kao svakodnevni objekti. Umesto toga, one mogu postojati u više stanja istovremeno, što je koncept poznat kao superpozicija. Fizičari opisuju ovo ponašanje koristeći matematički objekat koji se zove talasna funkcija. Ipak, ova slika se kosi sa onim što opažamo u svakodnevnom životu, gde objekti zauzimaju jedno određeno mesto ili stanje u datom trenutku. Da bi ovo rešili, naučnici obično predlažu da, kada se kvantni sistem meri ili je u interakciji sa posmatračem, njegova talasna funkcija kolabira u jedan ishod, piše ScienceDaily.

Sada, uz podršku Instituta za fundamentalna pitanja (FQxI), međunarodna grupa fizičara detaljnije je ispitala alternativna objašnjenja poznata kao modeli kvantnog kolapsa. Njihovi nalazi sugerišu da bi ove ideje mogle imati iznenađujuće posledice po to kako se samo vreme ponaša, uključujući sitna ograničenja u tome koliko precizno se ono može meriti. Istraživanje, objavljeno u Physical Review Research, takođe nudi moguć način za testiranje ovih modela u odnosu na standardnu kvantnu teoriju.

Preporučujemo

- Ono što smo uradili jeste da smo ozbiljno shvatili ideju da bi modeli kolapsa mogli biti povezani sa gravitacijom. A onda smo postavili veoma konkretno pitanje: Šta to podrazumeva za samo vreme? – rekao je Nikola Bortoloti, doktorand u Muzeju i istraživačkom centru Enriko Fermi (CREF) u Rimu, Italija, koji je vodio studiju.

Tokom osamdesetih istraživači su počeli da razvijaju teorije u kojima se kolaps talasne funkcije dešava spontano, bez potrebe za posmatranjem ili merenjem. Za razliku od tradicionalnih interpretacija kvantne mehanike, koje uglavnom nude različite načine razmišljanja o istim jednačinama, ovi modeli kolapsa daju predviđanja koja bi, u principu, mogla biti eksperimentalno testirana.

- Ono što smo uradili jeste da smo ozbiljno shvatili ideju da bi modeli kolapsa mogli biti povezani sa gravitacijom. A onda smo postavili veoma konkretno pitanje: Šta to podrazumeva za samo vreme? rekao je Nikola Bortoloti.

On i njegove kolege Katalina Kurčeanu, Kristijan Piskićija, Lajoš Dioši i Simone Manti ispitali su dve vodeće verzije ovih modela. Jedan je Dioši-Penrouz model, koji već dugo predlaže vezu između gravitacije i kolapsa talasne funkcije. Drugi je Kontinualna spontana lokalizacija. U svom novom radu, istraživači su uspostavili kvantitativnu vezu između ovog drugog modela i fluktuacija u prostor-vremenu uzrokovanih gravitacijom.

Njihova analiza pokazuje da, ako ovi modeli kolapsa tačno opisuju stvarnost, onda samo vreme ne može biti savršeno precizno, navodi ScienceDaily. Umesto toga, ono bi sadržalo ekstremno nizak nivo inherentne neodređenosti. Ovo bi postavilo fundamentalnu granicu za to koliko bi bilo koji sat ikada mogao biti precizan.

- Kada jednom uradite proračun, odgovor je jasan i iznenađujuće umirujući - rekao je Bortoloti.

Važno je napomenuti da je ovaj efekat daleko suviše mali da bi uticao na bilo koju trenutnu tehnologiju. Čak ni najnapredniji atomski satovi ga ne bi detektovali.

- Neodređenost je mnogo redova veličine ispod bilo čega što trenutno možemo da izmerimo, tako da nema praktičnih posledica za svakodnevno merenje vremena – rekla je Kurčeanu.

- Naši rezultati eksplicitno pokazuju da savremene tehnologije merenja vremena ostaju potpuno netaknute – dodao je Piskićija.

Decenijama fizičari pokušavaju da ujedine kvantnu mehaniku sa gravitacijom. Svaka teorija radi izuzetno dobro u svom domenu. Kvantna mehanika opisuje ponašanje čestica na mikroskopskim skalama, dok opšta relativnost objašnjava kako gravitacija oblikuje strukturu univerzuma na velikim skalama, uključujući zvezde i galaksije. Međutim, ova dva okvira tretiraju vreme na veoma različite načine.

- U standardnoj kvantnoj mehanici, vreme se tretira kao spoljni, klasični parametar na koji ne utiče kvantni sistem koji se proučava - objašnjava Kurčeanu.

Nasuprot tome, opšta relativnost opisuje vreme kao nešto što se može rastezati i savijati pod uticajem mase i energije.

- Neodređenost je mnogo redova veličine ispod bilo čega što trenutno možemo da izmerimo, tako da nema praktičnih posledica za svakodnevno merenje vremena – rekla je Katalina Kurčeanu.

Nadovezujući se na ranije ideje da bi kvantna mehanika mogla biti deo dublje teorije, novo istraživanje ukazuje na moguće veze između kvantnog ponašanja, gravitacije i samog toka vremena.

Kurčeanu je naglasila važnost istraživanja nekonvencionalnih ideja u fizici.

- Nema mnogo fondacija u svetu koje podržavaju istraživanja o ovim vrstama fundamentalnih pitanja o univerzumu, prostoru, vremenu i materiji – dodala je ona. - Naš rad pokazuje da se čak i radikalne ideje o kvantnoj mehanici mogu testirati preciznim fizičkim merenjima, i da je, umirujuće, merenje vremena ostalo jedan od najstabilnijih stubova moderne fizike.

Ovaj rad je delimično podržan kroz program Instituta FQxI „Svest u fizičkom svetu“.

(Telegraf Nauka/ScienceDaily)