Точные часы размывают время

Время — странная штука. Мы привыкли считать часы, но у Вселенной нет каких-то главных ходиков и циферблата, а значит мы можем испытывать время по-разному, в зависимости от того, как мы движемся или как на нас воздействует гравитация. Физики попытались объединить две великие теории физики, чтобы заключить, что время не только не согласовано универсально, но и любые часы, которые мы используем для его измерения, размывают течение времени в окружающем их пространстве.

Во-первых, это вовсе не значит, что ваши настенные часы помогут вам быстрее постареть. Мы говорим о часах в высокоточных экспериментах, например, об атомных часах. Группа физиков из Венского университета и Австрийской академии наук сделали выводы из квантовой механики и общей теории относительности, чтобы заявить: увеличение точности измерений на часах в одном пространстве также увеличивает искажение времени.

Давайте на секунду остановимся и попробуем выразить простыми словами, что физики знают на текущий момент.

Квантовая механика крайне точно описывает Вселенную в мельчайших масштабах, где все переходит в царство субатомных частиц и сил, действующих на кратчайших расстояниях. При всей своей точности и полезности, квантовая механика позволяет нам делать предсказания, которые противоречат нашему повседневному опыту.

Один из таких прогнозов — это принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому, когда вы знаете один параметр с высокой точностью, измерение второго параметра становится менее точным. Например, чем больше вы уточняете положение объекта во времени и пространстве, тем меньше вы можете быть уверены в его импульсе.

И дело не в том, что кто-то умнее или что у кого-то оборудование получше — Вселенная в своей основе так работает, это фундаментально. Электроны не врезаются в протоны, благодаря балансу «неопределенности» положения и импульса.

Можно взглянуть и с другой стороны: чтобы определить положение объекта с высочайшей точностью, нам нужно считаться с невообразимым количеством энергии. Применительно к нашим гипотетическим часам, разделение секунды на доли в наших часах приводит к тому, что мы знаем все меньше об энергии часов. И здесь вступает общая теория относительности — еще одна проверенная теория в физике, только в ней время больше используется для объяснения того, как массивные объекты влияют друг на друга на расстоянии.

Благодаря работе Эйнштейна, мы понимаем, что существует эквивалентность между массой и энергией, выраженная формулой E = mc2. Энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Мы также знаем, что время и пространство связаны, и это пространство-время не просто пустая коробка — масса, а значит и энергия, может искривлять пространство-время.

Именно поэтому мы наблюдаем интересные эффекты вроде гравитационного линзирования, когда массивные объекты вроде звезд и черных дыр своей массой искривляют путь движения света. И также это означает, что масса может приводить к гравитационному замедлению времени, когда время течет тем ближе, чем ближе к источнику гравитации.

К сожалению, хотя эти теории отлично поддерживаются экспериментами, они практически не уживаются вместе. Поэтому физики пытаются создать новую теорию, которая уместила бы обе эти теории и была бы корректной. При этом мы продолжаем исследовать, как эти теории описывают одни и те же феномены вроде времени. Как, собственно, и в этой статье.

Физики предположили, что акт измерения времени с высокой точностью требует нарастающих затрат энергии, что автоматически уменьшает точность измерений в непосредственной области любого отслеживающего время устройства.

«Наши выводы говорят о том, что нам нужно пересмотреть свои идеи о природе времени, когда во внимание принимается и ОТО, и квантовая механика», говорит исследователь Эстебан Кастро.

Какое влияние это оказывает на нас на ежедневном уровне? Как это часто бывает с теоретической физикой, особенно никакого.

Хотя технически квантовая механика применима к «большим» вещам, не волнуйтесь, если ваш секундомер отсчитывает доли секунды; у вас на запястье не откроется черная дыра. Все вышеописанные выводы будут иметь значение только для часов в высоко точных экспериментах, намного более совершенных, чем те, которые разрабатываются в настоящее время.

Но чем лучше мы понимаем, как работают часы и время в частности, хотя бы в теории, тем лучше мы понимаем Вселенную вокруг нас. Однажды, возможно, мы поймем природу самого времени. Работа ученых была опубликована в Трудах Национальной академии наук (PNAS).