Η κβαντική «παραξενιά» ίσως θολώνει διακριτικά τον ίδιο τον χρόνο, υποδεικνύοντας βαθύτερους νόμους του σύμπαντος.
Η κβαντική μηχανική είναι γνωστή για τις αντιδιαισθητικές της ιδέες. Σε πολύ μικρές κλίμακες, τα σωματίδια δεν συμπεριφέρονται όπως τα καθημερινά αντικείμενα. Μπορούν να συνυπάρχουν σε πολλαπλές καταστάσεις —τη λεγόμενη υπέρθεση— που περιγράφεται μαθηματικά από τη κυματοσυνάρτηση. Αυτό όμως συγκρούεται με όσα βλέπουμε στην πράξη, όπου τα αντικείμενα έχουν κάθε φορά μία σαφή θέση ή κατάσταση. Συνήθως θεωρούμε ότι όταν μετράμε ένα κβαντικό σύστημα ή αλληλεπιδρά με παρατηρητή, η κυματοσυνάρτηση «καταρρέει» σε ένα μόνο αποτέλεσμα.
Με τη στήριξη του Foundational Questions Institute, FQxI, μια διεθνής ομάδα φυσικών επανεξέτασε εναλλακτικές εξηγήσεις, τα λεγόμενα μοντέλα κβαντικής κατάρρευσης. Τα ευρήματά τους δείχνουν ότι αυτά μπορεί να έχουν απρόσμενες συνέπειες για τη συμπεριφορά του ίδιου του χρόνου, θέτοντας μικροσκοπικά όρια στην ακρίβεια με την οποία μπορεί να μετρηθεί. Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Research, προτείνει επίσης έναν πιθανό τρόπο να ελεγχθούν πειραματικά αυτά τα μοντέλα έναντι της καθιερωμένης κβαντικής θεωρίας.
«Αντιμετωπίσαμε σοβαρά την ιδέα ότι τα μοντέλα κατάρρευσης μπορεί να συνδέονται με τη βαρύτητα. Και στη συνέχεια θέσαμε ένα πολύ συγκεκριμένο ερώτημα: τι σημαίνει αυτό για τον ίδιο τον χρόνο;» λέει ο Nicola Bortolotti, υποψήφιος διδάκτορας στο Enrico Fermi Museum and Research Centre (CREF) στη Ρώμη, που ηγήθηκε της μελέτης.
Από τη δεκαετία του 1980, ερευνητές ανέπτυξαν θεωρίες όπου η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης συμβαίνει αυθόρμητα, χωρίς να απαιτείται παρατήρηση ή μέτρηση. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής, που προσφέρουν κυρίως διαφορετικούς τρόπους σκέψης πάνω στις ίδιες εξισώσεις, τα μοντέλα αυτά κάνουν προβλέψεις που μπορούν, κατ’ αρχήν, να ελεγχθούν πειραματικά.
Ο Bortolotti και οι Catalina Curceanu, Kristian Piscicchia, Lajos Diósi και Simone Manti εξέτασαν δύο κορυφαίες εκδοχές αυτών των μοντέλων. Το ένα είναι το μοντέλο Diósi-Penrose, που εδώ και χρόνια προτείνει σύνδεση μεταξύ βαρύτητας και κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης. Το άλλο είναι το Continuous Spontaneous Localization. Στη νέα τους εργασία, οι ερευνητές καθιέρωσαν μια ποσοτική σχέση ανάμεσα σε αυτό το δεύτερο μοντέλο και τις διακυμάνσεις του χωροχρόνου που προκαλεί η βαρύτητα.
Η ανάλυσή τους δείχνει ότι, αν τα μοντέλα κατάρρευσης περιγράφουν σωστά την πραγματικότητα, τότε ο χρόνος δεν μπορεί να είναι απολύτως ακριβής. Ενσωματώνει έναν εξαιρετικά μικρό, εγγενή βαθμό αβεβαιότητας. Αυτό θέτει ένα θεμελιώδες όριο στην ακρίβεια κάθε ρολογιού.
«Όταν κάνεις τον υπολογισμό, η απάντηση είναι καθαρή και —παράδοξα— καθησυχαστική», σημειώνει ο Bortolotti.
Το κρίσιμο είναι ότι το φαινόμενο είναι υπερβολικά μικρό για να επηρεάσει την τωρινή τεχνολογία. Ακόμη και τα πιο προηγμένα ατομικά ρολόγια δεν θα το αντιληφθούν. «Η αβεβαιότητα είναι πολλές τάξεις μεγέθους κάτω από οτιδήποτε μπορούμε σήμερα να μετρήσουμε, άρα δεν έχει πρακτικές συνέπειες για την καθημερινή χρονομέτρηση», λέει η Curceanu. «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ρητά ότι οι σύγχρονες τεχνολογίες χρονομέτρησης παραμένουν απολύτως ανεπηρέαστες», προσθέτει ο Piscicchia.
Για δεκαετίες, οι φυσικοί προσπαθούν να ενοποιήσουν την κβαντική μηχανική με τη βαρύτητα. Κάθε θεωρία λειτουργεί εξαιρετικά καλά στο πεδίο της: η πρώτη περιγράφει τον μικρόκοσμο, ενώ η γενική σχετικότητα εξηγεί πώς η βαρύτητα διαμορφώνει τη μεγάλη κλίμακα του σύμπαντος. Ωστόσο, οι δύο πλαισιώσεις αντιμετωπίζουν τον χρόνο πολύ διαφορετικά.
«Στην καθιερωμένη κβαντική μηχανική, ο χρόνος αντιμετωπίζεται ως εξωτερική, κλασική παράμετρος που δεν επηρεάζεται από το υπό μελέτη κβαντικό σύστημα», εξηγεί η Curceanu. Αντίθετα, στη γενική σχετικότητα ο χρόνος μπορεί να τεντώνεται και να καμπυλώνεται υπό την επίδραση μάζας και ενέργειας.
Βασιζόμενη σε παλαιότερες ιδέες ότι η κβαντική μηχανική ίσως αποτελεί μέρος μιας βαθύτερης θεωρίας, η νέα έρευνα υποδεικνύει πιθανούς δεσμούς ανάμεσα στην κβαντική συμπεριφορά, τη βαρύτητα και τη ροή του χρόνου.
Η Curceanu υπογράμμισε τη σημασία της διερεύνησης ανορθόδοξων ιδεών στη φυσική. «Δεν υπάρχουν πολλά ιδρύματα στον κόσμο που να στηρίζουν έρευνα πάνω σε τόσο θεμελιώδη ερωτήματα για το σύμπαν, τον χώρο, τον χρόνο και την ύλη», λέει. «Η δουλειά μας δείχνει ότι ακόμη και ριζοσπαστικές ιδέες για την κβαντική μηχανική μπορούν να ελεγχθούν απέναντι σε ακριβείς φυσικές μετρήσεις και ότι, καθησυχαστικά, η χρονομέτρηση παραμένει ένας από τους πιο σταθερούς πυλώνες της σύγχρονης φυσικής».
Υλικό από το Foundational Questions Institute, FQXi. Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να έχει υποστεί επεξεργασία για λόγους ύφους και έκτασης.
