물리학자들이 발견: 시간에 작고 불편한 흐릿함이 있다

양자역학은 이미 골칫거리다. 입자들은 동시에 여러 상태로 존재하고, 파동함수는 너무 세게 쳐다보면 붕괴한다. 이제 국제 물리학자 그룹이 특정 대안적 설명을 진지하게 받아들이면 시간 자체가 약간 흐릿해진다는 사실을 발견했다.

로마의 엔리코 페르미 박물관 및 연구 센터(CREF)의 니콜라 보르톨로티가 이끄는 연구진은 파운데이셔널 퀘스천스 인스티튜트(FQxI)의 자금 지원을 받아 두 가지 주요 양자 붕괴 모델(디오시-페로즈 모델과 연속 자발적 국소화)을 조사했다. 《피지컬 리뷰 리서치》에 발표된 그들의 연구는 이 모델들이 맞다면 시간에 내재된 불확실성, 즉 어떤 시계도 시간을 측정할 수 있는 근본적인 한계가 있음을 보여준다.

"우리가 한 것은 붕괴 모델이 중력과 연결될 수 있다는 아이디어를 진지하게 받아들이는 것이었습니다,"라고 보르톨로티가 말했다. "그리고 나서 우리는 아주 구체적인 질문을 던졌습니다: 이것이 시간 자체에 대해 무엇을 의미하는가?"

카탈리나 쿠르체아누, 크리스티안 피시치아, 러요시 디오시, 시모네 만티도 포함된 팀은 연속 자발적 국소화 모델과 중력에 의한 시공간 요동 사이의 정량적 관계를 확립했다. 결과: 시간의 구조에 아주 작은 흔들림이 생기지만, 가장 진보된 원자 시계조차 영향을 받지 않을 정도로 미미하다.

"불확실성은 현재 측정 가능한 것보다 수십 배 더 작기 때문에 일상적인 시간 측정에 실질적인 영향을 미치지 않습니다,"라고 쿠르체아누가 말했다. "우리의 결과는 현대 시간 측정 기술이 전혀 영향을 받지 않음을 명확히 보여줍니다,"라고 피시치아가 덧붙였다.

이 연구는 양자역학과 일반상대성이론을 조화시키려는 수십 년간의 시도 위에 세워졌다. 두 이론은 시간을 근본적으로 다르게 다룬다. 양자역학에서 시간은 외부 매개변수이고, 상대성이론에서는 늘어나고 휘어진다. 새로운 연구는 붕괴 모델이 양자 행동, 중력, 시간 사이의 더 깊은 연결을 가리킬 수 있음을 시사한다.

쿠르체아누는 이런 기초 연구에 대한 드문 지원을 칭찬했다. "우주, 공간, 시간, 물질에 대한 이런 유형의 근본적인 질문을 연구하는 것을 지원하는 재단은 세계에 많지 않습니다,"라고 그녀가 말했다. "우리의 연구는 양자역학에 대한 급진적인 아이디어조차 정밀한 물리적 측정으로 시험할 수 있으며, 안심스럽게도 시간 측정은 현대 물리학의 가장 안정적인 기둥 중 하나로 남아 있음을 보여줍니다."

이 연구는 부분적으로 FQxI의 '물리적 세계의 의식' 프로그램을 통해 지원되었다.