|
Мини-вселенная для измерения времени без часов
|
|
|
|
Ученый из Бирмингемского университета создал «мини-вселенную», которая приближает его к ответу на один из важнейших научных вопросов: «Что такое время?». Опубликовав свои результаты в журнале Physical Review Research, профессор Джованни Баронтини показывает, как можно измерить течение времени, вообще не используя часы. Новые данные представляют собой научную модель, в которой версия времени возникает из самого эксперимента.
|
|
|
|
Некоторые теории физики, такие как уравнение Уилера-Девитта, предполагают, что на самом глубоком уровне Вселенная не имеет встроенного времени, а существует как единое, неизменное квантовое состояние, в котором частицы проявляют как волновые, так и корпускулярные свойства. Она рассматривает Вселенную как единое целое без внешних часов, и любое ощущение времени должно возникать из внутренних взаимосвязей между ее частями.
|
|
|
|
Как работает мини-вселенная
|
|
|
|
Баронтини использовал облако из 24 000 ультрахолодных атомов — всего на несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля — для создания герметично закрытой квантовой системы, имитирующей простую «вселенную». Частицы были захвачены и разделены тонким барьером, образованным двумя лазерными лучами разных частот, чтобы создать наблюдаемую («яркую») и ненаблюдаемую («темную») область.
|
|
|
|
|
|
|
«Яркий» сектор многократно расширяется и сжимается, переживая нечто вроде Большого взрыва и Большого сжатия — гипотетический сценарий, в котором расширение космоса в конечном итоге обращается вспять. Эксперимент позволяет реконструировать последовательность событий внутри самой мини-вселенной, без использования внешних лабораторных часов.
|
|
|
|
Эксперимент продемонстрировал, что время может возникать из изменений, происходящих внутри квантовой системы, а не существовать как нечто внешнее, тикающее независимо.
|
|
|
|
«Мини-вселенная» продемонстрировала, что «время» может быть создано из беспорядка, или распространения (энтропии), атомов и того, как они ведут себя в системе. Атомы могли перемещаться между «светлыми» и «темными» областями, но в остальном система была изолирована от внешнего мира.
|
|
|
|
Энтропийное время в действии
|
|
|
|
Когда разброс частиц в светлом секторе увеличивался или уменьшался по мере того, как атомы двигались внутрь или наружу, система «двигалась вперед во времени». Когда это распределение атомов не менялось, время фактически останавливалось. Баронтини назвал этот процесс «энтропийным временем» после того, как обнаружил, что эта версия времени:
|
|
|
|
- течет в одном последовательном направлении, образуя четкую «стрелу времени»;
|
|
- правильно упорядочивает события, даже в системе, расширяющейся и сжимающейся подобно мини-космосу;
|
|
- ускоряется или замедляется в зависимости от того, как движется энтропия.
|
|
|
|
Баронтини сказал: «В некоторых теориях Вселенной, особенно в квантовой гравитации, время не является встроенной характеристикой. Тем не менее, в повседневной жизни время течет из прошлого в будущее — почему это так, если большинство основных законов физики работают одинаково как вперед, так и назад?
|
|
|
|
Это исследование предоставляет первые контролируемые экспериментальные доказательства того, что «время» может быть определено изменениями внутри системы, а не как внешние «тикающие часы», которые мы обычно принимаем за время». Это исследование предлагает новое понимание природы времени в квантовой гравитации, которое можно использовать для описания динамики так же эффективно, как и обычное время.
|
|
|
|
Исследование также демонстрирует, что вариант основного уравнения квантовой механики (Шрёдингера) всё ещё может быть записан с использованием энтропийного времени, что позволяет предсказывать, как «облако вероятностей» квантовой системы будет изменяться со временем.
|
|
|
|
Эксперимент затрагивает давний вопрос физики: в некоторых теориях Вселенной нет встроенных часов, так как же определить, что было «до» и «после» без внешнего времени?
|
|
|
|
Баронтини показал, что система подчиняется стандартным уравнениям квантовой физики, и продемонстрировал, что глубокие вопросы о природе времени — обычно обсуждаемые только в теориях Вселенной в целом — могут быть проверены в контролируемых лабораторных экспериментах.
|
|
|
|
Эксперимент предоставляет мощную площадку для проверки идей в квантовой космологии и гравитации, а это значит, что идеи, касающиеся ранней Вселенной, теперь могут быть экспериментально проверены в лаборатории.
|
|
|
|
Этот подход может быть расширен на более сложные системы, потенциально позволяя исследователям изучать физику Большого взрыва и «Большое сжатие». Его также можно использовать для моделирования черных дыр в лаборатории или для проверки конкурирующих теорий о том, как время возникает во Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
