Wetenschappers van King's College London hebben nieuwe wiskundige vergelijkingen ontwikkeld die willekeurige gebeurtenissen kunnen omzetten in nauwkeurige tijdsmeetinstrumenten. Dit baanbrekende onderzoek, geleid door Dr. Mark Mitchison, biedt een nieuw perspectief op tijdsmeting en heeft potentieel verstrekkende gevolgen voor diverse wetenschappelijke disciplines, van celbiologie tot kwantumfysica.
Traditionele klokken zijn afhankelijk van consistente, periodieke bewegingen. Echter, veel natuurlijke processen volgen geen ordelijke ritmes. Het team van King's College heeft aangetoond dat zelfs stochastische (willekeurige) processen kunnen dienen als betrouwbare tijdmachines. Dit wordt bereikt door gebruik te maken van de statistische eigenschappen van de intervallen tussen deze gebeurtenissen. De kern van de ontdekking ligt in het vaststellen van wiskundige grenzen voor de nauwkeurigheid van een klok die gebaseerd is op Markoviaanse gebeurtenissen, wat de absolute klassieke limiet voor nauwkeurigheid binnen de klassieke fysica vertegenwoordigt.
De bevindingen van King's College bieden een theoretisch kader dat verklaart waarom klassieke klokken niet kunnen wedijveren met de precisie van kwantumklokken, zoals atoomklokken. Kwantumklokken kunnen de precisielimieten van de klassieke fysica overtreffen, en het werk van Mitchison's team versterkt het inzicht in de diepgaande impact van kwantumfenomenen op tijdsmeting. Dr. Mitchison verklaarde dat de motivatie was om de essentiële componenten te destilleren die nodig zijn om onder alle omstandigheden een klok te bouwen, waarbij het tellen van onregelmatige, willekeurige gebeurtenissen de best mogelijke klassieke klok zou kunnen opleveren.
De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan abstracte theorie. Er zijn geplande toepassingen in het begrijpen van biologische systemen, zoals motoreiwitten die chaotische thermische fluctuaties omzetten in geordende bewegingen. Het herinterpreteren van moleculaire biologische processen als klokken biedt een nieuwe kijk op hoe orde ontstaat uit chaos in levende systemen. Deze aanpak biedt rigoureuze wiskundige hulpmiddelen voor het karakteriseren van biologische tijdsmeting en overbrugt schalen van moleculaire motoren tot ecosystemen.
Bovendien raakt deze doorbraak aan fundamentele mysteries in de fysica, zoals de unidirectionele stroom van tijd. Door de prestaties van klassieke klokken af te bakenen en te benadrukken hoe kwantumklokken deze grenzen overschrijden, hoopt het onderzoeksteam nieuwe inzichten te genereren. Het ontwikkelde wiskundige formalisme kan experimentatoren ook in staat stellen kwantumeffecten te identificeren door afwijkingen van klassieke voorspellingen te onderzoeken. Deze fusie van wiskunde, klassieke fysica en kwantumtheorie blaast onze opvatting van tijd nieuw leven in en heeft een transformerende potentie voor technologieën die afhankelijk zijn van precieze tijdsmeting, zoals wereldwijde positioneringssystemen die op atoomklokken vertrouwen.