В лаборатории было смоделировано течение времени без использования внешних часов. Исследование подтверждает связь времени с энтропией в квантовых системах.
Профессор Бирмингемского университета Джованни Баронтини приблизился к ответу на один из основных вопросов физики: что такое время и почему оно движется только в одном направлении? В своей работе он представил экспериментальную модель, в которой течение времени возникает не от внешних часов, а вследствие внутренних изменений самой системы, пишет Phys.org.
Множество теорий квантовой гравитации предполагает, что на самом глубоком уровне у Вселенной нет собственного времени — она существует как единое, неизменное состояние. Однако в ежедневной жизни стрела времени очевидна. Чтобы проверить эти теории, профессор Баронтини создал герметичную квантовую систему — облако из 24 000 ультрахолодных атомов с температурой всего на миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля.
Для создания изолированной системы исследователь разделил облако атомов лазерным барьером на два сектора. «Светлый» сектор многократно расширялся и сжимался, имитируя сценарий Большого взрыва и последующего сжатия космоса, в то время как «темный» служил резервуаром. Полная изоляция от внешнего мира позволила изучать внутреннюю динамику этой мини-вселенной без применения внешних лабораторных часов.
Ключевым открытием стало то, что время в этой мини-вселенной прямо связано с энтропией — мерой беспорядка или распределения частиц. Когда частицы распределялись по системе более хаотично, время «текло». Если распределение атомов оставалось равномерным и не менялось, время внутри эксперимента фактически замирало. При этом процесс всегда сохранял постоянное направление, так называемую «стрелу времени», даже в условиях циклического расширения и сжатия системы.
«Исследование впервые предоставляет доказательства того, что “время” можно определить изменениями внутри системы, а не внешними “тикающими часами”», — отметил профессор Баронтини. Более того, ученому удалось переписать основное уравнение квантовой механики с применением этого нового понятия времени, доказав, что система подчиняется стандартным законам физики.
Данное открытие имеет огромное значение для науки. Впервые глубочайшие вопросы о природе времени, которые ранее обсуждались лишь в теоретических моделях ранней Вселенной, стали доступны для исследования в контролируемых условиях. Новая платформа открывает возможности для моделирования сложнейших космологических явлений непосредственно на Земле. В будущем этот подход позволит ученым изучать физику Большого взрыва, моделировать поведение черных дыр и проверять соперничающие теории о том, как именно возникает время во Вселенной.
У модельного червячка также были обнаружены уникальные биологические часы.
Фото: hi-tech.mail.ru