Ученый из Бирмингемского университета продемонстрировал, как можно восстановить последовательность событий без использования внешних часов, опираясь на изменения в распределении ультрахолодных атомов.
Физик Джованни Баронтини из Бирмингемского университета разработал новый экспериментальный метод, позволяющий описывать динамику квантовой системы через ее внутренние процессы. Вместо стандартного отсчета времени исследователь применил изменения состояния облака ультрахолодных атомов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research.
Работа сосредоточена на одной из основных трудностей квантовой теории гравитации — вопросе времени. В некоторых теоретических моделях, включая уравнение Уилера — ДеВитта, время не является внешним параметром, определяющим ход событий. Это ставит перед нами задачу: как наблюдателю, находящемуся внутри физической системы, понять, какие события произошли раньше, а какие позже.
Для проверки своей гипотезы ученый использовал конденсат Бозе — Эйнштейна, состоящий примерно из 24 тысяч атомов. Облако удерживалось в изолированной ловушке и делилось тонким оптическим барьером на две части: одну, доступную для наблюдения, и другую, скрытую от взгляда.
Видимая часть конденсата периодически увеличивалась и уменьшалась. Этот цикл позволяет провести аналогию с моделями Вселенной, которая проходит через фазы расширения и последующего сжатия. При этом эксперимент не воспроизводит Большой взрыв и не моделирует реальную эволюцию космоса.
В качестве внутреннего временного индикатора Баронтини использовал изменения в распределении атомов и соответствующую укрупненную оценку энтропии. На основе этих данных исследователь разработал модель «энтропийного времени», с помощью которой можно было устанавливать последовательность событий, включая момент обратного сжатия облака.
Затем ученый вывел эффективное уравнение Шредингера, в котором эту внутреннюю величину можно было использовать в качестве временного параметра. Расчеты позволили воспроизвести экспериментально измеренную динамику конденсата. Такой подход открывает возможности для количественной проверки теоретических моделей, в которых время рассматривается не как независимый параметр, а как результат взаимодействия элементов физической системы.
При этом эксперимент не доказывает, что привычное время можно остановить или что его не существует. Измерительные приборы по-прежнему функционировали в обычном временном режиме. Основной вывод исследования заключается в том, что динамику квантовой системы удалось описать с помощью физической величины, формирующейся внутри нее самой.
Фото: hi-tech.mail.ru