Идеальные часы – просто удобная беллетристика, поскольку теоретики из Университета Варшавы (UW) и Ноттингемский университет (ООН) показали. В исследовании, опубликованном в журнале Classical и Quantum Gravity, они демонстрируют, что в системах, перемещающихся с огромным ускорением, строя часы, которые точно измерили бы течение времени, невозможно по фундаментальным причинам.«В обеих теориях относительности, особенной и общей, молчаливо предполагается, что всегда возможно построить идеальные часы – тот, который будет точно иметь размеры, время протекло в системе, независимо от того, является ли система в покое, перемещающийся на однородной скорости или ускорении. Оказывается, однако, что, когда мы говорим о действительно быстром ускорении, этот постулат просто не может примениться», говорит доктор Анджей Драган из Факультета Физики, Университета Варшавы.
Самые простые часы – нестабильные элементарные частицы, например мюоны (частицы с подобными свойствами к электронам, но в 200 раз более крупный). Обычно, мюоны распадаются в электрон, мюонное нейтрино и электронное антинейтрино.
Измеряя времена распада и насчитывая результаты для мюонов, перемещающихся медленно и тех, которые двигаются в почти скорость света, мы можем наблюдать известное замедление течения времени: чем быстрее мюоны перемещаются, тем менее вероятно экспериментатор должен видеть, что они распадаются. Скорость поэтому затрагивает наблюдаемый темп часов.
Что относительно ускорения? Эксперименты были выполнены в CERN в конце 1970-х, измерив время распада мюонов, подвергающихся ускорению кругового движения, как раз когда большой как миллиарды миллиардов времен ускорение силы тяжести Земли (10^18 г). Такое ускорение, как находили, не оказало влияния на времена распада.
Польско-британская группа теоретиков из университетов Варшавы и Ноттингема, с другой стороны, смотрела на описание нестабильных частиц, перемещающихся в ускоряющееся движение в прямой линии. Ключевой пункт для их анализа оказался захватывающим эффектом, предсказанным в 1976 канадским физиком Уильямом Анрухом.«Вопреки интуиции понятие частицы не абсолютно независимо от наблюдателя.
Все мы знаем эффект Доплера, например, который заставляет фотон, испускаемый движущимся источником казаться более синим наблюдателю, к которому приближается источник, но более красный одному это отступает от. Эффект Unruh несколько подобен, за исключением того, что результаты более захватывающие: в определенной области пространства не ускоряющийся наблюдатель видит квантовый вакуум области, тогда как ускоряющийся наблюдатель видит много частиц», объясняет доктор Драган.
Уравнение, описывающее эффект Unruh, говорит, что количество частиц, видимых в квантовой области, варьируется в зависимости от ускорения, испытанного наблюдателем: чем больше ускорение, тем больше из них там. Эти неинерционные эффекты могут произойти из-за движения наблюдателя, но их источник может также быть полем тяготения.
Интересно, эффект Unruh очень сродни известной радиации Хокинга, испускаемой черными дырами.Нестабильные частицы, которые физики из университетов Варшавы и Ноттингема рассматривали как фундаментальные часы в их аналитическом распаде в результате взаимодействий с другими квантовыми областями. В теории говорится, что, если такая частица остается в космосе, заполненном вакуумом, это распадается в различном темпе чем тогда, когда около многих других частиц, взаимодействующих с ним. Таким образом, если в системе экстремального ускорения больше частиц может быть замечено в результате эффекта Unruh, средние времена распада частиц, такие как мюоны должны измениться.
«Наши вычисления показали, что выше определенного очень большого ускорения просто должно быть беспорядками времени в распаде элементарных частиц. И если беспорядки затрагивают фундаментальные часы, такие как мюоны, то любое другое устройство основывалось на принципах квантовой теории области, будет также разрушен.
Поэтому совершенно точные измерения надлежащего времени больше не возможны. У этого факта есть дальнейшие последствия, потому что потеря способности точно измерить течение времени также означает проблемы с измерениями расстояния», объясняет доктор Драган.До сих пор было предположено, что понятия времени и пространства могут потерять свои традиционные чувства только, когда определенные явления, предсказанные гипотетическими теориями квантовой силы тяжести, начинают играть жизненно важную роль. Считается, что необходимые условия преобладали около Большого взрыва.
«В нашей статье мы показываем, что для проблем с измерениями пространства-времени, чтобы возникнуть, такие чрезвычайные условия не необходимы вообще. Время, и поэтому делает интервалы, скорее всего прекращает быть точно измеримым даже в сегодняшней Вселенной, при условии, что мы пытаемся выполнить измерения в системах, перемещающихся с большим ускорением», отмечает доктор Драган.Результаты физиков из Варшавы и Ноттингема означают, что при достаточно высоком ускорении, эксплуатационные возможности любой теории основывались на понятии времени, и таким образом также сделайте интервалы, будет разрушен. Это поднимает интересные вопросы.
Если в чрезвычайно ускоряющихся системах мы не можем построить часы, которые измеряют время точно, это – исключительно фундаментальный недостаток в наших методах измерения? Или возможно что-то происходит непосредственно с самим временем?
И свойства, которые не могут быть измерены, точно даже имеют физический смысл?Современные акселераторы могут ускорить частицы с ускорением несколько порядков величины выше, чем в экспериментах 70-х.
Таким образом сегодня мы можем провести эксперименты, в которых эффект Unruh должен быть видим – и таким образом, изменения во время распада частиц, вызванных ускорением, должны быть заметными, также. Заключения польско-британской группы физиков на идеальных часах будут таким образом скоро проверены.
«Если наши предсказания подтверждены экспериментально, много вещей, связанных с нашим пониманием пространства-времени, течения времени, и его методы измерения должны будут заново продуматься с нуля. Это могло быть… интересно», завершает доктор Драган с улыбкой.