Физика запретила сверхточные часы

Элекронные часы из фильма "Пробуждение жизни".

Кадр: Walking Life / Fox Searchlight Pictures

Физики из университетов Варшавы и Ноттингема выяснили, что существование идеальных часов, способных сколь угодно точно измерять промежутки времени в любой системе отсчета, противоречит законам физики. Нарушения начинают проявляться при больших ускорениях, которые могли наблюдаться, например, в момент Большого Взрыва. Исследование опубликовано в журнале Classical and Quantum Gravity.

Авторы работы обнаружили парадокс, сопоставляя существующее определение единиц измерения времени и один из необычных эффектов квантовой теории поля — эффект Унру. Этот эффект заключается в следующем. Для неподвижного (или движущегося прямолинейно и с постоянной скоростью) наблюдателя вакуум обладает нулевой энергией и кажется пустым. Однако если наблюдатель начинает двигаться, скажем, прямолинейно и с ускорением, то ему начинает казаться, что энергия вакуума отлична от нуля. Причем количество частиц, которое видит наблюдатель напрямую связано с его ускорением.

В качестве основы для часов, измеряющих процессы в квантовой теории поля, авторы рассмотрели нестабильные частицы, например, мюоны, обладающие определенным временем распада. Эти распады управляются слабыми взаимодействиями, наличие других частиц вокруг распадающегося мюона может изменить его время жизни. Однако, один из экспериментов, проведенных в CERN, показал, что при движении частиц по кругу с постоянной скоростью, но с центростремительным ускорением в квинтиллион раз больше ускорения свободного падения, изменения периода полураспада не происходит. Изменение же частоты распадов из-за релятивистских эффектов было известно достаточно давно — чем быстрее движется мюон, тем меньше вероятность увидеть его распад. 

Результаты новой работы физиков-теоретиков показали, что при прямолинейном равноускоренном движении эффект Унру все же должен влиять на частоту распадов. Это приводит к тому, что мы не можем точно измерять временные отрезки, а значит и расстояния в таких системах: метр определяется как доля от расстояния, проходимого светом за единицу времени. Фундаментальные причины этого явления поднимают ряд вопросов, в частности, не происходят ли в таких системах какие-то изменения с самим временем.

Современное определение секунды основывается на электронных переходах в изотопе 133Cs: 

Секунда представляет собой интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного (квантового) состояния атома цезия-133 в покое при 0 К при отсутствии возмущения внешними полями

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.