Fizičari našli grešku u vremenu
Kvantna mehanika poznata je po svojim čudnim i često kontraintuitivnim idejama. Na veoma malim skalama, čestice se ne ponašaju kao svakodnevni objekti. Umjesto 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, gdje objekti zauzimaju jedno određeno mjesto ili stanje u datom trenutku.
Da bi ovo riješili, naučnici obično predlažu da, kada se kvantni sistem mjeri ili je u interakciji sa posmatračem, njegova talasna funkcija kolabira u jedan ishod, piše ScienceDaily.
Moguće posljedice
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 posljedice po to kako se samo vrijeme ponaša, uključujući sitna ograničenja u tome koliko precizno se ono može mjeriti.
Istraživanje objavljeno u “Physical Review Research” takođe nudi moguć način za testiranje ovih modela u odnosu na standardnu kvantnu teoriju.
“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 podrazumijeva za samo vrijeme”, rekao je Nikola Bortoloti, doktorand u Muzeju i istraživačkom centru “Enriko Fermi” (CREF) u Rimu, Italija, koji je vodio studiju.
Tokom osamdesetih godina prošlog vijeka istraživači su počeli da razvijaju teorije u kojima se kolaps talasne funkcije dešava spontano, bez potrebe za posmatranjem ili mjerenjem.
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 podrazumijeva za samo vrijeme”, rekao je Bortoloti.
Dvije verzije
On i njegove kolege Katalina Kurčeanu, Kristijan Piskićija, Lajoš Dioši i Simone Manti ispitali su dvije 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 vrijeme ne može biti savršeno precizno, navodi ScienceDaily.
Umjesto 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.
“Neodređenost je mnogo redova veličine ispod bilo čega što trenutno možemo da izmjerimo, tako da nema praktičnih posljedica za svakodnevno mjerenje vremena”, kaže Kurčeanu.
“Naši rezultati eksplicitno pokazuju da savremene tehnologije mjerenja vremena ostaju potpuno netaknute”, dodao je Piskićija.
Decenijama fizičari pokušavaju da ujedine kvantnu mehaniku sa gravitacijom. Svaka teorija radi izuzetno dobro u svom domenu.
Novo istraživanje
Kvantna mehanika opisuje ponašanje čestica na mikroskopskim skalama, dok opšta relativnost objašnjava kako gravitacija oblikuje strukturu univerzuma na velikim skalama, uključujući zvijezde i galaksije.
Međutim, ova dva okvira tretiraju vrijeme na veoma različite načine.
“U standardnoj kvantnoj mehanici, vrijeme se tretira kao spoljni, klasični parametar na koji ne utiče kvantni sistem koji se proučava”, objašnjava Kurčeanu.
Nasuprot tome, opšta relativnost opisuje vrijeme 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 izmjerimo, tako da nema praktičnih posljedica za svakodnevno mjerenje vremena”, rekla je Katalina Kurčeanu.
Nadovezujući se na ranije ideje da bi kvantna mehanika mogla biti dio 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, prenosi Telegraf.
“Nema mnogo fondacija u svijetu koje podržavaju istraživanja o ovim vrstama fundamentalnih pitanja o univerzumu, prostoru, vremenu i materiji”, dodala je ona.
Ističe da njihov rad pokazuje da se čak i radikalne ideje o kvantnoj mehanici mogu testirati preciznim fizičkim mjerenjima, i da je, umirujuće, mjerenje vremena ostalo jedan od najstabilnijih stubova moderne fizike.
Ovaj rad je djelimično podržan kroz program Instituta FQxI “Svijest u fizičkom svijetu”.
