Ами ако времето всъщност не съществува, докато нищо не се променя или промени? Създавайки миниатюрна „мини-вселена“ от 24 000 ултрастудени атома, физиците показаха, че течението на времето може да възникне по естествен начин от промените вътре в квантовата система, без никакви външни часовници. Изследването за първи път потвърждава експериментално идеята, която теоретиците обсъждат от десетилетия: времето не е фундаментално свойство на Вселената, а просто мярка за това колко силно се променя разпределението на частиците.
В някои теории на съвременната физика, особено в квантовата гравитация, времето не влиза в основния набор от свойства на Вселената. Класически пример е уравнението на Уилер–ДеВит, което описва Вселената като единно квантово състояние без външни часовници. В тази картина частиците се държат както като вълни, така и като частици, а познатият ни поток на времето трябва да възниква от взаимоотношенията между различните части на системата, а не от някакъв независим тиктакащ механизъм. Но как да се провери тази идея експериментално?
Учените от Университета в Бирмингам (Великобритания) охладиха облак от 24 000 атома до температура, която е само с няколко милиардни части от градуса над абсолютната нула. Атомите са поставени в изолирана система и разделени с тънка бариера, създадена от два лазерни лъча с различна честота. Така са се получили две области: „наблюдаема“ (светла) и „ненаблюдаема“ (тъмна). Вътре в тази мини-вселена светлата област циклично се е разширявала и свивала, наподобявайки опростен модел на Големия взрив, следван от Голямото свиване — хипотетично събитие, при което разширяването на Вселената в крайна сметка се обръща в обратна посока.
Тъй като системата е била напълно изолирана, изследователите са могли да възстановят последователността на събитията, използвайки само информация от вътрешността на самата мини-вселена, без да се обръщат към външни лабораторни часовници.
Големият парадокс на времето в модерната физика
Резултатът се оказа поразителен: „времето“ възникваше от промените в хаоса на атомите при преминаването им между светлите и тъмните области. Когато разпределението на частиците се е променяло, системата се е придвижвала напред във времето. Когато то е спирало — времето на практика е замръзвало.Учените нарекоха това понятие „ентропийно време“, пише Science Daily.
В експеримента тази форма на времето течеше в една последователна посока, създавайки ясна „стрела“; подреждаше правилно събитията дори при разширяване и свиване на мини-вселената; и можеше да се ускорява или забавя в зависимост от това как се преразпределяше ентропията.
„Изследването за първи път предоставя експериментално потвърдени данни, които свидетелстват, че „времето“ може да се определи чрез промените вътре в системата, а не като външно „тиктакане на часовника“, което сме свикнали да считаме за възприемане на времето“, каза Джовани Баронтини, ръководител на научната група. — Работата предлага нов поглед върху същността на времето в квантовата гравитация, който позволява да се опише динамиката също толкова ефективно, колкото и с помощта на традиционното понятие за време».
Изследователите също така откриха, че вариант на уравнението на Шрьодингер — фундаменталното уравнение на квантовата механика — може да се изрази чрез ентропийното време. Това означава, че учените все още могат да прогнозират еволюцията на квантовата система във времето, дори когато това време се определя от вътрешни промени, а не от външен часовник. Работата решава дългогодишен проблем: ако Вселената няма вграден часовник, как е възможно събитията да бъдат подредени правилно? Експериментът подсказва, че отговорът може да се крие във вътрешната еволюция на самата система.