Подпись: Источник фото: ScienceDaily
Физик из Бирмингемского университета Джованни Баронтини создал в лаборатории миниатюрную вселенную, чтобы проверить необычную гипотезу о природе времени. Учёный предположил, что время может не быть изначальным свойством мироздания, а возникать из изменений, происходящих внутри него. Для этого он использовал тысячи атомов, охлаждённых почти до абсолютного нуля.
В ходе опыта специалист показал, что ход времени можно измерять, не прибегая к помощи внешних часов. Вместо этого своеобразная форма времени естественным образом проявляется из поведения частиц внутри экспериментальной установки. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Research и дают практическое подтверждение идеи, давно обсуждаемой теоретиками.
Обычно люди воспринимают время как непрерывный поток, который движется вперёд независимо от происходящего вокруг. Однако отдельные физические теории допускают, что на самом глубинном уровне время устроено совсем иначе. Примером служит уравнение Уилера — Девитта, которое появляется в попытках объединить квантовую механику и гравитацию. В его рамках Вселенную можно описать как единое неизменное квантовое состояние, где нет внешних часов, отсчитывающих ход времени.
Для своего эксперимента Баронтини взял облако примерно из 24 тысяч атомов, охлаждённых до нескольких миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. При таких температурах квантовые эффекты становятся особенно заметными, что позволяет изучать труднонаблюдаемые явления. Атомы удерживались в тщательно контролируемой квантовой системе, изолированной от внешней среды. Два лазерных луча с разными частотами создавали тонкий барьер, деливший систему на наблюдаемую («светлую») и ненаблюдаемую («тёмную») области, при этом атомы могли перемещаться между ними.
Светлая область многократно расширялась и сжималась, напоминая упрощённые версии двух космологических событий. Расширение было аналогично Большому взрыву, а сжатие — Большому сжатию, гипотетическому сценарию, при котором расширение Вселенной сменяется обратным движением и всё устремляется внутрь. Сам опыт не воспроизводил реальные космические процессы, а служил упрощённой квантовой моделью для изучения того, как можно восстановить последовательность событий без обращения к часам вне системы.
Ключом к опыту стала энтропия — физическая величина, связанная с распределением частиц и энергии. Вместо секунд и минут Баронтини отслеживал время по изменениям в распределении атомов внутри миниатюрной вселенной. Когда распределение частиц становилось шире или уже, система продолжала движение вперёд согласно этой внутренней мере времени, а при отсутствии изменений её ход фактически останавливался. Учёный назвал это понятие «энтропийным временем»: оно движется в одном направлении, задавая стрелу времени, выстраивает события в правильной последовательности и может ускоряться или замедляться в зависимости от изменения энтропии. По словам Баронтини, исследование впервые даёт контролируемое экспериментальное подтверждение того, что «время» можно определять через изменения внутри системы, а не через внешние «тикающие часы», и это проливает новый свет на природу времени в квантовой гравитации.