Физик из Бирмингемского университета экспериментально продемонстрировал, что время может быть не фундаментальной константой Вселенной, а свойством, которое возникает из внутренних изменений самой системы. В лабораторных условиях он создал миниатюрную модель космоса, где ход времени определялся не внешними часами, а изменением энтропии. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research.
В ходе эксперимента учёные использовали облако из 24 тыс. атомов, охлаждённых до температуры, лишь на миллиардные доли градуса превышающей абсолютный ноль. В такой среде квантовые эффекты проявляются особенно ярко. Атомы поместили в изолированную систему, которую два лазерных луча разделили на две области – наблюдаемую и ненаблюдаемую. При этом наблюдаемая часть системы циклически расширялась и сжималась, условно имитируя Большой взрыв и гипотетическое Большое сжатие Вселенной.
Ключевым параметром для измерения времени стала энтропия – мера беспорядка в системе. Вместо того чтобы отсчитывать секунды, исследователи отслеживали, как меняется распределение атомов между двумя областями. Когда атомы перемещались и их распределение менялось, «энтропийное время» двигалось вперёд. Когда система приходила в статичное состояние, ход этого внутреннего времени останавливался. Важно, что такое время имело чёткое направление – «стрелу времени» от прошлого к будущему – и правильно упорядочивало события внутри модели.
Эти результаты дают первое экспериментальное подтверждение идеям из области теоретической физики, в частности квантовой гравитации. Некоторые теории, например описываемые уравнением Уилера – Девитта, предполагают, что Вселенная в своей основе является единым квантовым состоянием, в котором нет внешнего времени. Эксперимент показывает, как время может возникать из динамики самой материи.
Исследование не доказывает, что привычное нам время – это иллюзия. Оно демонстрирует, что в замкнутой квантовой системе может существовать внутреннее самосогласованное время, которое можно использовать для описания её эволюции. Автор работы показал, что «энтропийное время» применимо в уравнении Шрёдингера так же, как и обычное. Это открывает новые возможности для лабораторного моделирования процессов ранней Вселенной или чёрных дыр, которые ранее были доступны только для теоретического анализа.
