Niepewność pomiaru czasu. Fizycy badają zaskakujący trop

Niepewność pomiaru czasu nie musi wynikać z błędu zegara

Czas organizuje codzienne życie – od godzin pracy i spotkań po kursowanie pociągów. Jego precyzyjny pomiar jest też niezbędny dla działania systemów takich jak GPS czy internet. Zwykle zakładamy, że każda sekunda jest taka sama. Zegary mierzą ją z ogromną dokładnością, ale sam pomiar nie rozstrzyga podstawowego pytania: czy jego upływ zawsze przebiega w idealnie równym rytmie?

Badacze z Laboratori Nazionali di Frascati włoskiego INFN oraz Wigner Research Centre for Physics w Budapeszcie sugerują, że nawet idealny zegar nie jest w stanie mierzyć czasu z absolutną dokładnością. Według ich obliczeń przy ekstremalnie precyzyjnych pomiarach ograniczeniem może okazać się nie tylko niedoskonałość urządzenia, lecz także sama natura czasu.

Nowy numer już w sprzedaży:

Standardowa mechanika kwantowa nie wyjaśnia wszystkiego

Autorzy artykułu opublikowanego w 2025 roku w Physical Review Research przeanalizowali modele kolapsu kwantowego, czyli alternatywne hipotezy wobec standardowego opisu mechaniki kwantowej. Próbują one wyjaśnić, dlaczego w świecie codziennym rzeczy mają konkretne właściwości, choć w świecie bardzo małych obiektów cząstka może być opisywana jako kilka możliwych stanów naraz.

W zwykłym świecie nie dostrzegamy tego problemu: stół stoi w jednym miejscu. W świecie kwantowym sytuacja jest mniej intuicyjna. Pojedyncza cząstka może być opisywana jako kilka możliwości jednocześnie. Zanim ją zmierzymy, teoria dopuszcza kilka jej możliwych stanów. Pomiar daje już tylko jeden konkretny wynik. Modele kolapsu proponują inną możliwość: przejście od wielu możliwości do jednego stanu może zachodzić samorzutnie, bez obserwatora.

Grawitacja może zakłócać pracę zegarów

Niektóre z tych hipotez łączą taki proces z grawitacją. Ponieważ grawitacja wpływa na upływ czasu, jej bardzo małe, losowe zmiany mogłyby powodować niewielką niepewność w działaniu zegarów. Badacze sprawdzili więc, czy taki ślad powinien pojawiać się w pomiarach czasu. Ich obliczenia sugerują, że odpowiedź może być twierdząca. Przewidywany efekt byłby jednak tak mały, że dzisiejsze zegary nie są w stanie go wykryć.

Niepewność jest o wiele rzędów wielkości poniżej wszystkiego, co obecnie potrafimy zmierzyć, więc nie ma praktycznych konsekwencji dla codziennego odmierzania czasu

– mówi Catalina Curceanu z Laboratori Nazionali di Frascati.

Nie chodzi o to, że czas raz płynie szybciej, a raz wolniej. Gdyby analizowane modele były prawdziwe, nawet wyjątkowo dokładne zegary rejestrowałyby maleńką, losową niepewność pomiaru czasu. Jej typowa wielkość rosłaby powoli wraz z czasem działania zegara, wyznaczając fundamentalną granicę jego dokładności.

Niepewność pomiaru czasu wyznacza granicę dokładności

Badanie nie zmienia sposobu, w jaki dziś mierzymy czas, ani nie podważa działania zegarów. Otwiera jednak nową drogę do testowania fundamentalnej fizyki. Śladów modeli kolapsu można będzie kiedyś szukać nie tylko w zachowaniu pojedynczych cząstek, ale także w granicach dokładności zegarów.

W tym ujęciu zegar byłby nie tylko narzędziem do mierzenia czasu. Mógłby stać się wyjątkowo czułym narzędziem do testowania fundamentalnych praw przyrody i pomóc ustalić, czy granica jego precyzji skrywa ślady nowej fizyki.

Przeczytaj również: Czym jest czas, gdy nie ma zegara? Fizycy wpadli na intrygujący trop