这幅图景与日常生活截然不同，在日常生活中，物体在某一时刻似乎只处于一个位置和一种状态。为了弥合这一差距，标准量子力学认为，当量子系统被测量或观测时，其波函数会坍缩为单一确定的结果。
目前，在基础问题研究所（FQxI）的支持下，一个国际物理学家团队探索了一种更为激进的可能性。他们的研究表明，标准量子力学的某些替代方案——被称为量子坍缩模型——可能对时间本身的性质以及时钟的极限精度产生惊人的影响。
这些发现发表在《物理评论研究》（Physical Review Research）上，同时也指出了一种可能的新方法，用于对照标准量子力学检验这些非传统理论。
“我们所做的是认真对待坍缩模型可能与引力有关这一观点，”该研究的负责人、意大利罗马恩里科·费米博物馆与研究中心（CREF）的博士生尼古拉·博尔托洛蒂（Nicola Bortolotti）说，“然后我们提出了一个非常具体的问题：这对时间本身意味着什么？”
当量子态自发坍缩时
从20世纪80年代开始，物理学家发展出了一些模型，其中波函数坍缩不需要测量设备或观测者。相反，坍缩可以自发发生。
这使得这些观点不同于许多对量子力学的诠释。各种诠释主要就量子理论的含义提供不同的概念解释，但通常得出与标准量子力学相同的实验预测。量子坍缩模型则更进一步，因为它们预测了原则上至少可被测量的物理效应。
博尔托洛蒂及其同事研究了两种不同的坍缩模型。团队成员包括FQxI成员、意大利弗拉斯卡蒂国家核物理研究所（INFN-LNF）研究主任卡塔利娜·库尔切亚努（Catalina Curceanu），来自CREF和INFN-LNF的克里斯蒂安·皮西基亚（Kristian Piscicchia），来自匈牙利布达佩斯维格纳物理研究中心和厄特沃什·洛兰大学的拉约什·迪奥西（Lajos Diósi），以及INFN-LNF的西蒙娜·曼蒂（Simone Manti）。
其中一个是迪奥西-彭罗斯模型（以FQxI成员拉约什·迪奥西和罗杰·彭罗斯爵士的名字命名）。该模型长期以来一直提出，引力可能在迫使量子系统坍缩成确定状态方面发挥作用。
研究人员还研究了第二种方法，称为连续自发定域化（Continuous Spontaneous Localization）。他们首次建立了该模型与时空引力涨落之间的定量联系。
时间可能具有微小的内禀不确定性
计算得出了一个惊人的结论。如果这些坍缩模型是正确的，那么时间本身应该包含极小量的内禀不确定性。
换句话说，时间测量的精度可能存在一个根本极限。这并不意味着时钟突然变得不可靠。预测的效应极其微小。
“一旦完成计算，答案既JianCe又令人惊讶地令人安心，”博尔托洛蒂说。
即使是当今运行的最先进的原子钟，或可预见的未来预期的原子钟，其精度也不足以察觉这种效应。
“这种不确定性比我们目前能测量的任何事物都要低许多个数量级，因此它对日常计时没有任何实际影响，”库尔切亚努说。“我们的结果明确表明，现代计时技术完全不受影响，”皮西基亚补充道。
通往量子引力的可能线索
这项工作涉及现代物理学中最大的未解难题之一：如何协调量子力学与引力。
量子力学在描述原子、粒子和其他微观系统方面取得了巨大成功。与此同时，爱因斯坦的广义相对论描述了引力以及更大尺度上空间和时间的行为，包括行星、恒星、星系甚至宇宙本身。
这两种理论在它们各自适用的领域内都与实验高度吻合。问题在于，它们对待时间的方式有着根本的不同。
“在标准量子力学中，时间被视为一个外部的、经典的参数，不受被研究的量子系统的影响，”库尔切亚努解释道。
广义相对论的观点则截然不同。空间和时间是被称为时空的柔性结构的一部分，该结构会随着质量和能量的变化而弯曲和改变。
由于这种不匹配，物理学家花费数十年时间寻找一种更深层的理论，以统一量子力学和引力。新的结果表明，坍缩模型可能包含关于量子物理学、引力和时间最终如何契合的线索。
它们还提供了一个更实际的好处。由于坍缩模型预测了不同于标准量子力学的可测量效应，极高精度的实验最终可能有助于确定这些想法是否描述了自然界中真实存在的事物。
库尔切亚努强调了支持物理学基础中非传统问题研究的重要性。
“世界上没有多少基金会支持关于宇宙、空间、时间和物质这些基本问题的研究，”库尔切亚努说，“我们的工作表明，即使是关于量子力学的激进观点，也可以通过精确的物理测量来检验，而且令人欣慰的是，计时仍然是现代物理学最稳定的支柱之一。”
这项工作得到了FQxI“物理世界中的意识”项目的部分支持。