Время удалось запустить без часов в квантовом эксперименте
Профессор Джованни Баронтини из Бирмингемского университета создал в лаборатории крошечную изолированную квантовую систему из 24 тысяч ультрахолодных атомов, чтобы разобраться, как возникает время. Статья с результатами вышла в журнале Physical Review Research.
Загадка времени в фундаментальной физике
Многие теории, включая знаменитое уравнение Уилера-Девитта в квантовой гравитации, утверждают, что на самом глубоком уровне у Вселенной нет готовых «часов». Время должно появляться само из внутренних связей между частицами и событиями. Баронтини решил проверить эту идею не только на бумаге, а в реальном эксперименте.
Как выглядит лабораторная мини-вселенная
Ученый взял около 24 тысяч атомов рубидия и охладил их почти до абсолютного нуля — всего на несколько миллиардных долей градуса выше самой низкой возможной температуры. В таком состоянии атомы ведут себя как единое квантовое облако, подчиняющееся законам волновой механики.
С помощью двух лазерных лучей разной частоты он создал тонкий барьер и разделил облако на две зоны: «светлую» (которую можно наблюдать) и «темную» (скрытую). Светлая область то расширялась, то сжималась, имитируя циклы вроде Большого взрыва и последующего сжатия Вселенной. Атомы медленно просачивались через барьер туда и обратно, но вся система оставалась полностью отрезанной от внешнего мира.
Энтропия как двигатель времени
Время в этой мини-вселенной рождалось из энтропии — меры беспорядка и того, насколько равномерно размазаны атомы. Представьте комнату: когда вещи разбросаны по всему пространству, энтропия высокая. Когда они собраны в одном углу — низкая.
Когда частицы в светлой зоне сильнее разлетались или, наоборот, собирались из-за притока и оттока атомов, система «шла вперед во времени». Если распределение оставалось неизменным — время словно замирало. Баронтини назвал это энтропийным временем.
Такое время обладает всеми важными чертами привычного нам:
- течет только в одном направлении, создавая ясную «стрелу времени»;
- правильно выстраивает последовательность событий даже при расширении и сжатии;
- может ускоряться или замедляться в зависимости от скорости изменения энтропии.
Слова самого исследователя
Профессор Баронтини говорит:
«В некоторых теориях Вселенной, особенно в квантовой гравитации, время не является неотъемлемой характеристикой. Тем не менее, в повседневной жизни время течет из прошлого в будущее — почему это так, если большинство основных законов физики работают одинаково как вперед, так и назад?»
Что удалось доказать
Эксперимент впервые дал реальные лабораторные доказательства: время можно определять через внутренние изменения системы, без всяких внешних часов. Ученые даже переписали основное уравнение квантовой механики — уравнение Шредингера — используя это энтропийное время. Оно прекрасно описало поведение атомов.
Теперь у физиков появилась удобная экспериментальная площадка. На ней можно проверять идеи о ранней Вселенной, квантовой космологии, черных дырах и конкурирующих теориях возникновения времени — прямо на лабораторном столе, а не только в математических расчетах.
