Биение сердца и океанские ветры: новая математическая модель может обратить любое во время
Команда исследователей из King’s College London создала уравнение, с помощью которого отслеживают хаотичные явления. Метод помогает выявить пределы точности классических и квантовых часов. Исследование открывает новый взгляд на биологические механизмы и природу времени.
Полина ТихоноваАвтор Hi-Tech Mail
Ученые из Лондона предложили необычный способ измерять время. Для этого совсем не нужны привычные часы с циферблатом или электронным механизмом. Достаточно наблюдать за случайными процессами, которые кажутся хаотичными. Это может быть биение сердца, шум морских волн или мельчайшие движения молекул.
Исследователи создали математические формулы, которые превращают такие беспорядочные события в измеритель времени. Даже находясь на пустынном острове, можно отслеживать течение времени, если вести счет явлениям вокруг. Эта концепция ломает привычное представление о том, что у часов равномерный ритм.
Основой работы стали марковские процессы — последовательности случайных событий, где каждое новое зависит только от предыдущего. Такие закономерности встречаются повсюду: в движении волн, колебаниях температуры, в сбивчивом ритме сердца или в микроскопических колебаниях белков внутри клеток. Проанализировав эти скачки, ученые смогли точно вычислять течение времени.
Уравнения точно пригодятся биологам. В клетках действуют белковые моторы вроде кинезина, которые превращают хаотическую тепловую энергию в регулярные движения, перенося другие молекулы. Их работа похожа на миниатюрные часы, которые упорядочивают хаос. Поломка этих «молекулярных механизмов» может приводить к тяжелым заболеваниям, например моторной нейродегенерации.
Технически метод исследователи проверяли на электронных моделях и симуляторах случайных процессов с временным разрешением до миллисекунды. Они оценивали точность измерений и пределы классических часов, построенных на хаотических сигналах. Если точность превышает этот предел, значит, включаются квантовые эффекты, как в атомных часах, которые сегодня как никогда не переменчивы.
Атомные часы — сверхточные. Они считают время, измеряя колебания атомов вроде цезия или рубидия. Атомы вибрируют с невероятной регулярностью, почти идеально повторяя свой «ритм». Благодаря этому за миллионы лет атомные часы отстают всего на доли секунды, что делает их удобными для GPS, интернета, телекоммуникаций и научных экспериментов, где критически важна точность времени.
Новый подход меняет представление о времени. В нашем представлении оно всегда оставалось пассивным фоном, а сейчас становится активным процессом, который живые системы и физические структуры создают вокруг себя сами. Исследование поднимает важные вопросы, на которые только предстоит найти ответы: почему время движется только вперед, существует ли оно отдельными измеримыми «шагами» или течет непрерывно и почему мы помним прошлое.
Ранее мы писали о том, что ученые нашли способ предсказывать цунами за 2,5 суток.
Поделиться
