|
Часы могут исследовать квантовость Вселенной
|
|
|
|
Недавно открытый набор математических уравнений описывает, как превратить любую последовательность случайных событий в часы, сообщают ученые из Королевского колледжа Лондона. Статья опубликована в журнале Physical Review X. Исследователи предполагают, что эти формулы могли бы помочь понять, как клетки нашего организма измеряют время, и обнаружить эффекты квантовой механики в более широком мире.
|
|
|
|
Изучение этих хронометражных процессов может иметь далеко идущие последствия, помогая нам понять белки с ритмичными движениями, которые нарушают работу при заболеваниях двигательных нейронов, или химические рецепторы, которые клетки используют для обнаружения вредных токсинов.
|
|
|
|
Эйнштейн, как известно, сказал, что "Время - это то, что измеряют часы", и хотя наручные часы показывают время, потому что они тикают через равные промежутки времени, события, которые не следуют заранее определенной схеме, также могут быть использованы для измерения времени.
|
|
|
|
Например, некоторые процессы по своей сути состоят из случайных "скачков" в неравномерные моменты времени. Если каждый скачок зависит только от предыдущего, то такой процесс называется марковским. Примеры можно увидеть во всей природе, от колебаний цен на акции до биения сердца.
|
|
|
|
|
|
|
Анализируя эти скачки, ученые могут оценить, сколько времени прошло, и установить самую строгую математическую привязку к дате, насколько точны эти "часы".
|
|
|
|
Если часы ведут себя не так, как предполагают уравнения, то это не классический марковский процесс и в системе могут быть заложены квантовые эффекты. Точно так же часы, использующие квантовую физику, не ограничены рамками, что объясняет, почему квантовые технологии, такие как атомные часы, могут работать лучше, чем любые классические часы, которые обычно используются широкой публикой.
|
|
|
|
Доктор Марк Митчисон, старший преподаватель Proleptic на физическом факультете Королевского университета и ведущий автор исследования, объясняет: "Нашей целью было найти минимум ингредиентов, необходимых для создания часов. Например, сможете ли вы по-прежнему точно измерять время, даже оказавшись на необитаемом острове? Мы нашли уравнения, которые подсказывают вам, как создать "часы", подсчитывая случайные события вокруг вас, такие как плеск волн о берег или биение вашего сердца.
|
|
|
|
"Получается, что это наилучшие часы, которые можно построить, подсчитывая марковские события в системе, управляемой классической физикой. Таким образом, если вы обнаружите, что система не соответствует ожидаемому шаблону, вы можете быть уверены, что происходит что-то еще, например, лежащее в основе квантового поведения".
|
|
|
|
Команда также надеется, что эти математические процедуры могут быть использованы для изучения того, как биологические системы эффективно функционируют в условиях случайных флуктуаций. Например, моторный белок кинезин транспортирует другие белки внутри клетки, передвигаясь по маленьким "микротрубочкам", которые пересекают клетку, используя две "ножки" для совершения целенаправленных шагов вдоль трубки.
|
|
|
|
Эти "молекулярные машины" преобразуют случайную тепловую энергию в повторяющееся, регулярное движение, подобное тиканью часов. Они также имеют решающее значение для биологических функций: нарушение работы кинезина приводит к заболеваниям двигательных нейронов.
|
|
|
|
Доктор Митчисон сказал: "Представление о молекулярных машинах как о "часах" дает нам представление о том, как некоторые природные процессы спонтанно порождают порядок из хаоса. Мы видим, что это происходит на самых разных уровнях в нашей Вселенной, от биологических организмов и экосистем до микроскопического мира.
|
|
|
|
"Устанавливая фундаментальный предел того, насколько хорошо часы могут работать в рамках классической физики, мы также лучше понимаем, чем отличаются квантовые часы.
|
|
|
|
"Время лежит в основе многих неразгаданных тайн квантовой физики. Почему кажется, что время течет только в одном направлении? Почему мы помним только прошлое, а не будущее? Квантуется ли время дискретными фрагментами так же, как энергия? Размышляя о том, на что способны часы, мы в конечном счете надеемся ответить на некоторые из этих вопросов о природе самого времени".
|
|
|
|
Источник
|
