Ученые создали квантовую вселенную, в которой время возникло само по себе
Что если времени на самом деле не существует, пока ничего не меняется? Создав крошечную «мини-вселенную» из 24 000 ультрахолодных атомов, физики показали, что поток времени может возникать естественным образом из изменений внутри квантовой системы, безо всяких внешних часов. Исследование впервые экспериментально подтверждает идею, которую теоретики обсуждали десятилетиями: время — это не фундаментальное свойство Вселенной, а всего лишь мера того, насколько сильно меняется распределение частиц.
В некоторых теориях современной физики, особенно в квантовой гравитации, время не входит в базовый набор свойств Вселенной. Классический пример — уравнение Уилера — ДеВитта, которое описывает Вселенную как единое квантовое состояние без внешних часов. В этой картине частицы ведут себя и как волны, и как частицы, а знакомый нам поток времени должен возникать из отношений между различными частями системы, а не из независимого тикающего механизма. Но как проверить такую идею экспериментально?
Ученые из Бирмингемского университета (Великобритания) охладили облако из 24 000 атомов до температуры всего в несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Атомы поместили в изолированную систему и разделили тонким барьером, созданным двумя лазерными лучами разной частоты. Так получились две области: «наблюдаемая» (светлая) и «ненаблюдаемая» (темная). Внутри этой мини-вселенной яркая область циклически расширялась и сжималась, напоминая упрощенную модель Большого взрыва, за которым следует Большое сжатие — гипотетическое событие, в котором расширение Вселенной в итоге обращается вспять.
Поскольку система была полностью изолирована, исследователи могли восстановить последовательность событий, используя только информацию изнутри самой мини-вселенной, без обращения к внешним лабораторным часам.
Результат оказался поразительным: «время» возникало из изменений в беспорядке атомов при их переходах между светлой и темной областями. Когда распределение частиц менялось, система двигалась вперед во времени. Когда оно останавливалось — время фактически замирало.
Ученые назвали это понятие «энтропийным временем», пишет Science Daily. В эксперименте такая форма времени текла в одном последовательном направлении, создавая четкую «стрелу»; правильно упорядочивала события даже при расширении и сжатии мини-вселенной; и могла ускоряться или замедляться в зависимости от того, как перераспределялась энтропия.
«Исследование впервые предоставляет экспериментально подтвержденные данные, свидетельствующие о том, что „время“ можно определять через изменения внутри системы, а не как внешнее „тиканье часов“, которое мы привыкли считать временем, — сказал Джованни Баронтини, руководитель научной группы. — Работа предлагает новый взгляд на природу времени в квантовой гравитации, позволяющий описывать динамику столь же эффективно, как и с помощью традиционного понятия времени».
Исследователи также обнаружили, что вариант уравнения Шрёдингера — фундаментального уравнения квантовой механики — можно выразить через энтропийное время. Это означает, что ученые все еще могут предсказывать эволюцию квантовой системы во времени, даже когда это время определяется внутренними изменениями, а не внешними часами. Работа решает давнюю проблему: если Вселенная не имеет встроенных часов, как можно правильно упорядочивать события? Эксперимент подсказывает: ответ может лежать в собственной внутренней эволюции системы.
Хайтек+
