Die Quantenmechanik ist schon ein Kopfschmerz, mit Teilchen, die gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren, und Wellenfunktionen, die kollabieren, wenn man sie zu genau ansieht. Nun hat eine internationale Gruppe von Physikern herausgefunden, dass die Zeit selbst ein wenig unscharf wird, wenn man bestimmte alternative Erklärungen ernst nimmt.

Mit Finanzierung durch das Foundational Questions Institute (FQxI) untersuchten Forscher unter der Leitung von Nicola Bortolotti vom Enrico Fermi Museum und Forschungszentrum (CREF) in Rom zwei führende Quantenkollapsmodelle: das Diósi-Penrose-Modell und die kontinuierliche spontane Lokalisierung. Ihre Arbeit, veröffentlicht in Physical Review Research, zeigt, dass die Zeit eine eingebaute Unsicherheit hätte – eine grundlegende Grenze dafür, wie präzise jede Uhr sie messen kann –, wenn diese Modelle korrekt sind.

„Was wir getan haben, war, die Idee ernst zu nehmen, dass Kollapsmodelle mit der Gravitation verknüpft sein könnten“, sagte Bortolotti. „Und dann haben wir eine sehr konkrete Frage gestellt: Was bedeutet das für die Zeit selbst?“

Das Team, dem auch Catalina Curceanu, Kristian Piscicchia, Lajos Diósi und Simone Manti angehörten, stellte eine quantitative Beziehung zwischen dem Modell der kontinuierlichen spontanen Lokalisierung und durch Gravitation verursachten Raumzeitfluktuationen her. Das Ergebnis: ein winziges Wackeln im Gefüge der Zeit, viel zu klein, um selbst die fortschrittlichsten Atomuhren zu beeinflussen.

„Die Unsicherheit liegt viele Größenordnungen unter dem, was wir derzeit messen können, hat also keine praktischen Konsequenzen für die alltägliche Zeitmessung“, sagte Curceanu. „Unsere Ergebnisse zeigen explizit, dass moderne Zeitmesstechnologien völlig unbeeinflusst bleiben“, fügte Piscicchia hinzu.

Die Forschung baut auf jahrzehntelangen Versuchen auf, die Quantenmechanik mit der allgemeinen Relativitätstheorie zu versöhnen, die die Zeit grundlegend unterschiedlich behandeln. In der Quantenmechanik ist die Zeit ein externer Parameter; in der Relativitätstheorie dehnt und krümmt sie sich. Die neue Studie deutet darauf hin, dass Kollapsmodelle auf eine tiefere Verbindung zwischen Quantenverhalten, Gravitation und Zeit hinweisen könnten.

Curceanu lobte die seltene Unterstützung für solche grundlegenden Forschungen. „Es gibt nicht viele Stiftungen auf der Welt, die Forschung zu diesen grundlegenden Fragen über das Universum, Raum, Zeit und Materie unterstützen“, sagte sie. „Unsere Arbeit zeigt, dass selbst radikale Ideen über die Quantenmechanik anhand präziser physikalischer Messungen getestet werden können, und dass die Zeitmessung beruhigenderweise eine der stabilsten Säulen der modernen Physik bleibt.“

Die Arbeit wurde teilweise durch das Programm „Consciousness in the Physical World“ von FQxI unterstützt.