Universul ar putea avea un ceas fundamental care ticăie foarte, foarte repede

Asemenea unui metronom care stabilește tempo-ul unui muzician, un ceas cosmic fundamental poate ține timpul în tot universul. Dar dacă un astfel de ceas există, ticăie extrem de repede.

În fizică, timpul este considerat de obicei o a patra dimensiune. Dar unii fizicieni au speculat că timpul poate fi rezultatul unui proces fizic, cum ar fi ticăitul unui ceas încorporat.

Dacă universul are un ceas fundamental, acesta trebuie să ticăie mai repede de un miliard de trilioane de trilioane de ori pe secundă, conform unui studiu teoretic publicat pe 19 iunie în Scrisori de revizuire fizică.

În fizica particulelor, particulele fundamentale minuscule pot obține proprietăți prin interacțiuni cu alte particule sau câmpuri. Particulele dobândesc masă, de exemplu, interacționând cu câmpul Higgs, un fel de melasă care străbate tot spațiul (SN: 7/4/12). Poate că particulele ar putea experimenta timpul interacționând cu un tip similar de câmp, spune fizicianul Martin Bojowald de la Penn State. Acel câmp ar putea oscila, fiecare ciclu servind ca o căpușă obișnuită. „Este într-adevăr exact ca ceea ce facem cu ceasurile noastre”, spune Bojowald, coautor al studiului.

Timpul este un concept derutant în fizică: două teorii cheie ale fizicii se confruntă cu modul în care îl definesc. În mecanica cuantică, care descrie atomi și particule minuscule, „timpul este doar acolo. E reparat. Este un fundal”, spune fizicianul Flaminia Giacomini de la Perimeter Institute din Waterloo, Canada. Dar în teoria generală a relativității, care descrie gravitația, timpul se schimbă în moduri bizare. Un ceas din apropierea unui obiect masiv ticăie mai lent decât unul mai îndepărtat, așa că un ceas de pe suprafața Pământului rămâne în urmă cu cel de la bordul unui satelit care orbitează, de exemplu (SN: 12/10/18).

În încercările de a combina aceste două teorii într-o singură teorie a gravitației cuantice, „problema timpului este de fapt destul de importantă”, spune Giacomini, care nu a fost implicat în cercetare. Studierea diferitelor mecanisme pentru timp, inclusiv ceasurile fundamentale, ar putea ajuta fizicienii să formuleze această nouă teorie.

Cercetătorii au considerat efectul pe care un ceas fundamental l-ar avea asupra comportamentului ceasurilor atomice, cele mai precise ceasuri realizate vreodată (SN: 10/5/17). Dacă ceasul fundamental ar fi bifat prea încet, aceste ceasuri atomice ar fi nesigure, deoarece s-ar desincroniza cu ceasul fundamental. Ca urmare, ceasurile atomice ar bifai la intervale neregulate, ca un metronom care nu poate menține o ritm constant. Dar până acum, ceasurile atomice au fost foarte fiabile, permițându-le lui Bojowald și colegilor să limiteze cât de repede trebuie să bifeze acel ceas fundamental, dacă există.

Fizicienii bănuiesc că există o limită finală a cât de fin pot fi împărțite secundele. Fizica cuantică interzice orice interval de timp mai mic de aproximativ 10-43 secunde, o perioadă cunoscută sub numele de timpul Planck. Dacă există un ceas fundamental, timpul Planck ar putea fi un ritm rezonabil pentru ca acesta să bifeze.

Pentru a testa această idee, oamenii de știință ar trebui să-și mărească limita actuală a ritmului de tictare a ceasului – acel miliard de trilioane de trilioane de ori pe secundă număr – cu un factor de aproximativ 20 de miliarde. Pare un decalaj uriaș, dar pentru unii fizicieni este neașteptat de aproape. „Acest lucru este deja surprinzător de aproape de regimul Planck”, spune fizicianul Perimeter Bianca Dittrich, care nu a fost implicat în cercetare. „De obicei, regimul Planck este foarte departe de ceea ce facem noi.”

Cu toate acestea, Dittrich crede că probabil că nu există un singur ceas fundamental în univers, ci mai degrabă există o varietate de procese care ar putea fi folosite pentru a măsura timpul.

Cu toate acestea, noul rezultat se apropie mai mult de regimul Planck decât experimentele la cel mai mare accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider, spune Bojowald. În viitor, ceasurile atomice și mai precise ar putea oferi mai multe informații despre ceea ce face să bifeze universul.