Ученые из Университета Бирмингема совершили прорыв в фундаментальной физике, создав в лаборатории миниатюрную модель космоса.
Эта «вселенная» состоит из 24 тысяч сверххолодных атомов и позволяет наблюдать возникновение времени без использования традиционных часов или внешних датчиков.
Эксперимент ставит под сомнение привычное представление о времени как о неотъемлемом свойстве реальности, предполагая, что его течение от прошлого к будущему может быть внутренним процессом динамической системы.
Профессор Джованни Баронтини и его команда сконфигурировали эту модель, используя облако атомов рубидия, охлажденных до температуры в несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля.
Исследователи заключили частицы в изолированную квантовую систему и с помощью двух лазерных лучей сформировали тонкий барьер. Этот барьер разделил установку на две области: «светлую», доступную для наблюдения, и «темную», скрытую от прямого контроля.
Как энтропия заменила часы
Внутри этого упрощенного космоса светлая область многократно расширялась и сжималась, повторяя циклы, которые теоретически напоминают Большой взрыв с последующим Большим сжатием. Поскольку система оставалась полностью изолированной от внешней среды, ученые смогли восстановить последовательность событий, опираясь исключительно на внутренние изменения, без необходимости во внешних лабораторных часах. Эксперимент указывает на концепцию, известную как «энтропийное время».
Вместо того чтобы рассматривать время как независимый фон реальности, исследователи связали его течение с изменениями энтропии — то есть с тем, как частицы распространяются внутри системы.
Атомы перемещались между светлой и темной областями, изменяя распределение материи. Команда обнаружила, что эта версия времени течет в одном последовательном направлении, правильно упорядочивая события даже во время повторяющихся циклов. При этом темп времени мог ускоряться или замедляться в зависимости от того, как смещалась энтропия. Как пояснил профессор Баронтини, в некоторых теориях Вселенной, особенно в квантовой гравитации, время не заложено как встроенная функция, однако данное исследование предлагает ответ на вопрос, почему в повседневной жизни оно течет из прошлого в будущее.
Экспериментальная проверка теории квантовой гравитации
Баронтини подчеркнул, что работа предоставляет контролируемые экспериментальные доказательства того, что изменения внутри системы могут определять время без опоры на внешний механизм, предлагая новое понимание его природы в квантовой гравитации. Более того, ученые показали, что квантовая механика остается математически непротиворечивой в рамках этой модели: они переписали версию уравнения Шрёдингера, используя энтропийное время, что позволяет делать предсказания об эволюции квантового распределения вероятностей.
Данная работа решает давнюю проблему в физике: как выстроить события в осмысленную последовательность «до» и «после», если у Вселенной нет фундаментальных часов. Самое важное, что этот эксперимент превращает абстрактные теоретические дебаты в проверяемую науку.
Cозданная платформа в будущем позволит исследователям изучать условия ранней Вселенной, проверять конкурирующие теории квантовой гравитации и даже моделировать черные дыры в лаборатории. На протяжении десятилетий многие из этих вопросов существовали только в сложных уравнениях, но эта миниатюрная вселенная показывает, что физики наконец получили инструмент для их практической проверки.
