Физик Бирмингемского университета Джованни Баронтини создал лабораторную модель «мини-вселенной», чтобы изучить природу времени. В квантовой физике время не всегда имеет привычное направление, а на фундаментальном уровне может не рассматриваться как самостоятельная величина. При этом второй закон термодинамики связывает течение времени с ростом беспорядка в системе.
Экспериментальная установка состояла примерно из 24 000 атомов рубидия, охлажденных до миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. В таких условиях атомы образовали конденсат Бозе — Эйнштейна, который ведет себя как единая квантовая система. Об исследовании сообщил Бирмингемский университет.
Ученый поместил атомное облако в оптическую ловушку и разделил его на 2 области лазерным барьером. Одна часть системы оставалась наблюдаемой, а другая — скрытой от наблюдения. Атомы перемещались между этими секторами, одновременно происходил обмен энтропией.
Именно этот обмен позволил определить внутреннее, или энтропийное, время без использования внешних часов. По словам Баронтини, время в такой системе увеличивается, пока идет обмен энтропией, и останавливается при его прекращении. Последовательность событий задавалась собственными процессами внутри модели, а не внешним параметром.
Колебания атомов через барьер происходили циклично и напоминали смену фаз расширения и сжатия условной вселенной. Настройки установки можно менять, включая форму ловушки, высоту барьера, плотность атомов и взаимодействие между областями системы. Это дает возможность исследовать модели, связанные с ранней Вселенной, возможным сжатием космоса и границами черных дыр.
По оценке исследователя, контролируемые системы из сверххолодных атомов позволяют проверять сложные вопросы квантовой физики и гравитации. Работа может помочь изучить, как описывать динамику квантовых систем через возникающее внутри них время. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research.
