Что такое время? Кажется, ученые приближаются к ответу на один из важнейших научных вопросов: британский исследователь создал уникальную систему и доказал, что последовательность событий можно отследить без привычных часов.
Ученый из Бирмингемского университета Джованни Баронтини создал «мини-вселенную», в которой часы больше не нужны для измерения времени: его течение определяют события внутри системы. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Research.
Существуют теории (например, уравнение Уилера-Девитта), которые предполагают, что на самом глубоком уровне у Вселенной нет встроенного времени. Она существует как единое неизменное квантовое состояние, где ощущение времени должно возникать из взаимодействия его частей. Профессор Баронтини решил проверить это.
В своем эксперименте физик использовал облако из 24 тыс. ультрахолодных атомов, которые были всего на несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Это помогло создать герметично закрытую квантовую систему — имитацию простой «вселенной». Частицы были захвачены и разделены тонким барьером из двух лазерных лучей разной частоты — появились наблюдаемая (яркая) и невидимая (темная) области.
Светлый сектор регулярно расширялся и сжимался — ученый сравнил это с Большим взрывом или Большим сжатием, гипотетическим сценарием, при котором расширение космоса обращается вспять. Когда разброс частиц в видимом секторе увеличивался или уменьшался по мере входа или выхода атомов, система двигалась вперед во времени. Когда распределение атомов не менялось — время будто останавливалось. Этот процесс автор назвал «энтропийным временем».
Баронтини утверждает, что в этой версии времени потоки движутся в одном постоянном направлении и образуют четкую «стрелу времени». «Энтропийное время» правильно упорядочивает события даже в системе, которая расширяется и сжимается подобно мини-космосу. Оно замедляется или ускоряется в зависимости от перемещения энтропии.
Исследование также показывает, что вариант основного уравнения квантовой механики можно записать с помощью «энтропийного времени» — это позволяет предсказать, как «облако вероятностей» квантовой системы будет изменяться со временем. Эксперимент затрагивает вопрос: как определить, что было «до» и «после» без внешнего источника времени.
Профессор показал, что система подчиняется стандартным уравнениям квантовой физики, а вопросы о природе времени, обсуждаемые на уровне теорий, можно проверить в лабораторных условиях. Также подход, предложенный Баронтини, может помочь исследователям изучать более сложные системы, в частности, физику «Большого взрыва», моделировать черные дыры в лабораториях или проверять другие теории о возникновении времени во Вселенной.
Show more