Модели квантового коллапса намекают на микроскопические флуктуации времени. Фото: © FQxI/Габриэль Фитцпатрик (2026).
Как сообщает новостной сайт «Сектор науки», международная группа физиков, действовавшая при поддержке Института фундаментальных вопросов FQxI, обратилась к более радикальной возможности, чем привычные квантовые построения. Их работа позволяет предположить, что некоторые альтернативы, сконструированные квантовой механикой, — например, модели квантового коллапса — способны иметь неожиданные последствия для природы самого времени и предельной точности часов. Опубликованные в Physical Review Research результаты также указывают на возможный новый способ проверки этих нетрадиционных теорий на соответствие существующей квантовой механике.
Квантовая механика издавна бросает вызов обычному пониманию реальности. В квантовом мире частицы могут находиться в суперпозиции, то есть одновременно занимать несколько возможных условий или конфигураций; математически эти возможности поддерживаются с помощью волновой функции. Такая картина резко расходится с обычной жизнью, где объект одновременно пребывает в одном месте и одном состоянии. Чтобы преодолеть разрыв, стандартная квантовая механика утверждает: когда квантовую систему измеряют или наблюдают, её волновая функция сводится к одному упрощённому результату.
Руководивший исследованием Никола Бортолотти, аспирант Музея и исследовательского центра Энрико Ферми (CREF) в Риме, Италия, подчеркнул, что учёные серьёзно отнеслись к идее о том, что модели коллапса могут быть гравитационными, и задали очень конкретный вопрос: что это значит для самого времени? В состав группы входили Каталина Курчану, член FQxI и директор по исследованиям Национальных лабораторий Фраскати, института ядерной физики (INFN-LNF) во Фраскати, Италия; Кристиан Пискиччиа из CREF и INFN-LNF; Лайош Диоши из Научно-исследовательского центра и физики им. Вигнера Лоранда, Университет в Будапеште, Венгрия; и Симона Манти из INFN-LNF.
Гравитационные модели коллапса и встроенная неопределённость времени
С 1980-х годов физики разрабатывают модели, в которых коллапс волновой функции не требует измерительного устройства или наблюдателя: он может быть вызван спонтанно. Это отличает такие идеи от многих интерпретаций квантовой механики, которые обычно предлагают различные концептуальные объяснения того, что означает квантовая теория, но приводят те же экспериментальные предсказания, что и стандартная квантовая механика. Модели квантового коллапса идут дальше, поскольку предсказывают физические эффекты, которые, по крайней мере минимально, можно измерить.
Бортолотти и его коллеги исследовали две разные модели коллапса. Одна из них — модель Диози-Пенроуза, названная в честь членов FQxI Лайоша Диоши и сэра Роджера Пенроуза; уже давно высказывалось предположение, что гравитация может сыграть роль в коллапсе квантовых систем. Второй подход — последовательная спонтанная локализация; исследователи впервые установили количественную связь этой модели с гравитационными флуктуациями пространства-времени.
Расчёты привели к поразительному выводу. Если эти модели верны, самому времени придётся оставить очень небольшую долю внутренних неопределённостей. Иными словами, может существовать фундаментальный предел точности измерения времени. Это не означает, что часы внезапно стали ненадёжными: прогнозируемый эффект чрезвычайно мал. Даже самые совершенные атомные часы, действующие сегодня или ожидаемые в обозримом будущем, не будут достаточно чувствительны, чтобы заметить такой эффект.
Работа затрагивает одну из самых больших нерешённых проблем.
«Неопределённость многих порядков ниже всего того, что мы можем в настоящее время измерить, поэтому она не имеет практических последствий для повседневного хронометража», — говорит Курчану. «Наши результаты ясно показывают, что современные технологии хронометража совершенно не способствуют влиянию», — добавил Пискикья. Бортолотти, в свою очередь, заметил, что ответ оказывается удивительным и обнадёживающим.
проблем современной физики: как согласовать квантовую механику с гравитацией.
Квантовая механика добилась гигантских успехов в описании атомов, частиц и других микроскопических систем. Между этой общей теорией относительно относительности Эйнштейна описаны гравитация и поведение пространства и времени в гораздо более крупных масштабах, включая планету, звезды, галактики и даже саму Вселенную.
Обещаем, что обсуждения чрезвычайно хорошо согласуются с экспериментами в тех областях, где они использовались. Проблема в том, что они относятся ко времени принципиально по-разному.
«В определении квантово-механического метода время как внешний, классический параметр, который не включает изучаемую квантовую систему», спасибо Курчану.
Общая теория относительности придерживается совершенно иной точки зрения. Пространство и время являются частью гибкой структуры, называемой пространством-временем, которая может изгибаться и изменяться в ответ на массу и высоту.
Из-за этого несоответствия физики продолжают двигаться к поиску более глубоких теорий, которые могли бы объяснить квантовую механику и гравитацию. Новые результаты предполагают, что модели коллапса могут сохранять подсказки о том, как квантовая физика, гравитация и время в конечном итоге могут сочетаться друг с другом.
Они также обеспечивают более практическую эксплуатацию. Поскольку модели коллапса предсказывают измеримые эффекты, которые представляют собой стандарт квантовой механики, чрезвычайно точные эксперименты могут в конечном итоге помочь определить, что эти идеи реально существуют в природе.
Курчану ведет поддержку исследований по нетрадиционным вопросам, опираясь на теорию физики.
«В мире не так уж много фондов, которые необходимы для исследования подобных фундаментальных вопросов о мироздании, пространстве, времени и материи», — сказал он. — говорит Курчану. «Наша работа показывает, что даже радикальные идеи о квантовой механике можно проверить с помощью точных физических измерений, и что, что обнадеживает, хронометраж остается одним из наиболее стабильных столпов современной физики».
Эта работа была частично под программой Сознание FQxI в сохраненном мире .