«Наша мета полягала у визначенні мінімальних компонентів, потрібних для створення годинника. Чи можна точно вимірювати час, опинившись на безлюдному острові?» — пояснює старший викладач кафедри фізики Королівського коледжу та провідний автор дослідження доктор Марк Мітчисон. За його словами, нові рівняння показують, як створити годинник, рахуючи випадкові події навколо: хвилі на узбережжі чи частоту серцевого ритму.

Команда досліджує, наскільки маленькими можуть бути годинники у квантових, електронних та біологічних системах. Багато природних процесів у фізиці й біології відбуваються серіями випадкових «стрибків» через нерегулярні проміжки часу. Робота сфокусована на марковських процесах — послідовностях випадкових подій, де кожна наступна залежить лише від попередньої. Приклади таких процесів можна знайти від непередбачуваних коливань фондового ринку до нерегулярного серцевого ритму.

Дослідження показало: аналізуючи ці «стрибки», можна точно вимірювати хід часу. Рівняння не просто створюють новий тип годинника, а й відкривають шлях до розуміння фундаментальної природи Всесвіту. Вони встановлюють сувору межу точності хронометражу, засновану на класичній фізиці. Якщо система виявляється точнішою за цю межу, це може свідчити про приховані квантові ефекти. Саме тому квантові технології, зокрема атомні годинники, досягають небувалої точності.

Результати можуть пояснити, як живі системи вимірюють час. Наприклад, руховий білок кінезин діє як крихітна «молекулярна машина», що перетворює хаотичну теплову енергію на регулярний рух для транспортування інших білків. Збої у його роботі пов’язані з серйозними хворобами, такими як хвороба мотонейронів. «Уявлення про молекулярні машини як про „годинники“ показує, як природні процеси можуть створювати порядок із хаосу», — зазначає Мітчисон.

Відкриття не лише дає новий погляд на Всесвіт, а й порушує фундаментальні питання: чому час рухається тільки вперед, чи існує він у вигляді дискретних одиниць і чому ми пам’ятаємо лише минуле.

Статтю опубліковано в журналі Physical Review X.