Теоретики встановили верхню межу для фундаментального періоду часу

Фізики отримали верхнє обмеження на фундаментальний період часу - універсальну одиницю, яка визначає граничну точність будь-яких фізичних годин. Згідно з теоретичними обчисленнями, ця величина не перевищує 10^-33 секунди і тому недоступна сучасним приладам, найкращий дозвіл яких - близько 10^-18 секунд. Робота опублікована в.

У класичній фізиці час виступав як абсолютна (не залежна від спостерігача) і апріорна (тобто заздалегідь зрозуміла і нічим не визначена) безперервна величина. Однак з розвитком більш точних концепцій - квантової механіки, яка описує явища мікроміру, і загальної теорії відносності (ОТГ), яка пояснює поведінку гравітації, - роль часу перестала бути однозначною. ОТГ припускає, що хід часу залежить від положення спостерігача - чим годинник (будь-яке пристосування для вимірювання часу) ближче до масивного тіла, тим повільніше вони йдуть: інтервал часу між двома подіями залежить від системи відліку, в якій його обчислюють. У квантовій механіці ж час є універсальним зовнішнім параметром - воно належить абсолютним, і його розгляд виходить за рамки теорії.

Таким чином, дві найбільш успішні (з точки зору відповідності прогнозів теорії та експериментальних даних) концепції конфліктують в інтерпретації часу: одна теорія вимагає його відносності, а інша - користується його абсолютністю. Щоб виробити єдине уявлення, яке б однаково добре описувало і квантові явища, і гравітацію, необхідно, в тому числі, усунути цю розбіжність. Один з можливих способів - відмовитися від безперервного перебігу часу і ввести в розгляд якийсь універсальний період, який визначить мінімальний крок між двома моментами і граничну точність будь-яких годин. При цьому важливо приблизно знати тривалість цього кроку - це дозволяє в експериментах перевіряти ефекти, які прогнозує модель (або бути впевненим у відсутності цих ефектів).

Гарретт Вендел (Garrett Wendel) і його колеги з Пенсільванського університету побудували теоретичну модель для оцінки фундаментального періоду часу. У запропонованій моделі універсальні годинники представлені у вигляді квантового осцилятора - абстрактної квантової системи, стан якої змінюється з фундаментальним періодом. Ця система взаємодіє з іншим осцилятором - фізичним годинником, за яким стежить спостерігач і період якого доступний для вимірювання.

Вибравши конкретні математичні уявлення для опису осциляторів (зокрема, пов'язавши час у його звичайному розумінні з часом універсального маятника), автори аналітично пов'язують між собою фундаментальний період, період фізичного годинника і стандартне відхилення фази хвильової функції системи в стаціонарному стані (тобто в стані з постійною енергією). Щоб обмежити зверху величину фундаментального періоду часу, вчені поклали період фізичного осцилятора рівним характерному періоду атомних годин (близько 10^-15 секунд), а стандартне відхилення фази хвильової функції оцінили як відносну тимчасову роздільну здатність, доступну сучасним приладам (близько 10^-19).

У результаті дослідники встановили, що фундаментальний період часу не повинен перевищувати 10^-33 секунди: це приблизно на 10 порядків більше, ніж планківський час, який встановлює межу застосовності сучасних фізичних теорій. Разом з тим величина знаходиться далеко за межами дозволу приладів - найменший вимірюваний проміжок часу на сьогоднішній день становить близько 10^-18 секунд, що щонайменше в квадрильйони разів перевершує фундаментальний період. Ця обставина, а також численні симуляції, які фізики провели на основі теоретичних рівнянь, показують, що при нинішній точності ефекти дискретності часу не повинні вносити значущого внеску в дані експериментів. Тим не менш, якщо порівняні з фундаментальним періодом часи стануть доступні для спостереження, це накладе принципові обмеження на дозвіл приладів - хід ідентичних фізичних годин не можна буде узгодити з точністю, яка перевищує точність універсальних.

Крім того, автори відзначають, що оцінка не чутлива до вибору конкретного виду фундаментального і фізичного осциляторів - більш складні системи в ролі того та іншого об'єкта призводять до рівнянь більш складного виду, проте такі деталі незначно впливають на обчислення. Таким чином, можна говорити про отримання суворої верхньої межі для фундаментального періоду часу.

Дізнатися більше про фундаментальні константи і фізичні величини можна в матеріалі «Еталонна незалежність», а перевірити, наскільки добре ви орієнтуєтеся в тривалості різних процесів, - за допомогою тесту «Тік або так».