量子力學以其奇怪且常常違反直覺的想法而聞名。在非常小的尺度上，粒子的行為與日常物體不同。相反，它們可以同時處於多種狀態，這個概念稱為重疊。物理學家使用稱為波函數的數學物件來描述這種行為。然而，這張圖片與我們在日常生活中觀察到的情況相衝突，在日常生活中，物體同時佔據特定的位置或情況。為了解決這個問題，科學家提出，通常當量子系統被測量或與觀察者相互作用時，它的波函數會塌縮成一個結果。
現在，在 FQxI 基礎問題研究所的幫助下，一個國際物理學家團隊仔細研究了稱為量子塌縮模型的替代解釋。他們的研究結果表明，這些想法可能對時間本身的行為產生令人驚訝的影響，包括對時間測量精確度的微小限制。研究發表於 物理回顧研究它還提供了一種根據標準量子理論測試這些模型的可能方法。
「我們所做的是認真對待塌陷模式可能與重力有關的想法，」領導這項研究的羅馬博物館和研究中心 (CREF) 的博士生 Nicola Bortolotti 說。 “然後我們問了一個非常具體的問題：這對時間本身意味著什麼？”
自發性塌陷可測試的量子模型
20 世紀 80 年代，研究人員開始發展波函數塌縮自發發生的理論，無需觀察或測量。與量子力學的傳統解釋不同，傳統的量子力學解釋本質上提供了對相同方程式的不同思考方式，這些塌縮模型所做的預測原則上可以透過實驗進行檢驗。
「我們所做的是認真對待塌陷模式可能與重力有關的想法。然後我們提出了一個非常具體的問題：這對時間本身意味著什麼？」尼古拉·博爾托洛蒂說。
Bortolotti 及其同事 Catalina Curceanu、Kristian Piscicchia、Lajos Diósi 和 Simone Manti 分析了這些模型的兩個主要版本。其中之一是迪奧西-彭羅斯模型，該模型長期以來提出了引力與波函數塌縮之間的聯繫。另一種是連續自發性定位。在這項新工作中，研究人員建立了第二種模式與重力引起的時空波動之間的定量關係。
時間不確定性和時鐘精確度的小限制
他們的分析表明，如果這些崩潰模型準確地描述了現實，那麼時間本身就不可能完全準確。相反，它的固有不確定性水平非常低。這將對手錶的精確度設定一個基本限制。
博爾托洛蒂說：“一旦計算完畢，答案就很明確，而且令人驚訝地放心。”
值得注意的是，這種影響太小，不會影響任何目前的技術。即使是最先進的原子鐘也無法偵測到它。 「不確定性低於我們目前可以測量的任何水平，因此它對日常時間安排沒有實際影響，」庫爾恰努說。 「我們的結果明確表明現代計時技術不受影響，」皮西奇亞補充道。
量子力學、重力和時間的本質
幾十年來，物理學家一直試圖調和量子力學與重力。每種理論在各自的領域都非常有效。量子力學描述了微觀尺度上粒子的行為，而廣義相對論則解釋了重力如何塑造宇宙的大尺度結構，包括恆星和星系。然而，這兩個框架對待時間的方式卻截然不同。
「在標準量子力學中，時間被視為不受所研究的量子系統影響的外部經典參數，」Curceanu 解釋道。相較之下，廣義相對論將時間描述為可以透過質量和能量來拉伸和扭曲的東西。
「不確定性低於我們目前可以測量的任何水平，因此它對日常計時沒有實際影響，」Catalina Curceanu 說。
基於量子力學可能是更深層理論的一部分的早期想法，新研究指出了量子行為、重力和時間本身流動之間可能的關聯。
庫爾恰努強調探索物理學中非常規思想的重要性。 「世界上支持對宇宙、空間、時間和物質等基本問題進行研究的基金會並不多，」庫爾恰努說。 “我們的工作表明，即使是關於量子力學的激進想法也可以通過精確的物理測量來測試，令人放心的是，計時仍然是現代物理學最穩定的支柱之一。”
這項工作得到了 FQxI 物理世界意識計劃的部分支持。您可以在 FQxI 文章中閱讀有關該小組資助的更多資訊：「我們感受到量子的感覺了嗎？」作者：布倫丹福斯特。
