Науковці з King's College London розробили новаторські математичні рівняння, які дозволяють використовувати послідовності випадкових подій для створення надзвичайно точних механізмів вимірювання часу.
Це відкриття кидає виклик традиційним уявленням про вимірювання часу та відкриває нові горизонти для застосувань у таких сферах, як клітинна біологія та квантова фізика. На відміну від традиційних годинників, що покладаються на стабільні періодичні рухи, команда King's College продемонструвала, що навіть стохастичні процеси можуть слугувати надійними хронометрами, використовуючи статистичні властивості інтервалів між подіями.
Суть відкриття полягає у встановленні чітких математичних меж для точності вимірювання часу годинником, побудованим на основі марковських подій. Ці межі представляють абсолютний класичний ліміт точності при використанні процесів, що не мають пам'яті, в рамках класичної фізики. Дослідження King's College надає теоретичну основу, яка пояснює, чому класичні годинники не можуть конкурувати з квантовими аналогами, підкреслюючи глибокий вплив квантових явищ на вимірювання часу.
Доктор Марк Мітчісон, провідний автор дослідження, зазначив, що мотивацією було виділити ключові компоненти, необхідні для створення годинника за будь-яких обставин. Підрахунок нерегулярних, випадкових подій дозволяє створити найкращий можливий класичний годинник. Ці висновки виходять далеко за межі абстрактної теорії, пропонуючи застосування для розуміння того, як біологічні системи організовують свою діяльність у шумному середовищі. Наприклад, моторні білки перетворюють хаотичні теплові флуктуації на високорегулярні, спрямовані рухи.
Переосмислення молекулярних біологічних процесів як годинникових механізмів пропонує новий погляд на виникнення порядку з хаосу в живих системах. Цей підхід надає суворі математичні інструменти для характеристики біологічного вимірювання часу та поєднує масштаби від мікроскопічних молекулярних моторів до макроскопічних екосистем. Важливо, що цей прорив також торкається глибоких, невирішених загадок фізики, таких як одновимірний потік часу.
Визначаючи можливості класичних годинників та підкреслюючи, як квантові годинники долають ці межі, дослідники сподіваються, що їхня робота стимулюватиме нові ідеї щодо цих фундаментальних питань. Крім того, розроблений математичний формалізм може дозволити експериментаторам виявляти квантові ефекти, аналізуючи відхилення від класичних марковських прогнозів. Ретельне вимірювання продуктивності хронометражу та порівняння його з класичними межами може виявити «підпис» квантової поведінки.
Це поєднання абстрактної математики, класичної фізики та квантової теорії оновлює наше уявлення про час і має трансформаційний потенціал для технологій, що залежать від точного вимірювання часу. Атомні годинники, які лежать в основі глобальних систем позиціонування, є прикладом того, як точність, зумовлена квантовими явищами, змінює технологічні горизонти. Як підсумував доктор Мітчісон, розгляд часу через призму годинників, побудованих на випадкових подіях, може нарешті пролити світло на саму суть часового потоку. Їхня робота прокладає шлях до об'єднання практичних аспектів вимірювання з філософськими та фізичними складнощами часу.