Учёные из Бирмингемского университета экспериментально подтвердили, что время может возникать как внутреннее свойство квантовой системы, а не существовать как независимая внешняя сущность. Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Research, открывают путь к лабораторному изучению концепций квантовой гравитации.
Некоторые теории современной физики, например, описываемые уравнением Уилера – Девитта, предполагают, что время не является фундаментальной константой Вселенной. Согласно этим гипотезам, привычный нам ход времени должен возникать из взаимосвязей между частями системы, а не задаваться неким внешним «метрономом». До сих пор проверить это на практике не удавалось.
Чтобы исследовать эту идею, физики под руководством профессора Джованни Баронтини создали в лаборатории изолированную «мини-вселенную». Она представляет собой облако из 24 тыс. атомов, охлаждённых до нескольких миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. С помощью лазерных лучей это облако разделили на две области – наблюдаемую и ненаблюдаемую. В ходе эксперимента наблюдаемая область циклически расширялась и сжималась, имитируя упрощённую модель Большого взрыва и Большого сжатия.
Поскольку система была полностью изолирована, учёные могли восстановить последовательность событий, опираясь только на внутренние данные. Оказалось, что ход времени в «мини-вселенной» напрямую зависел от изменения энтропии – меры беспорядка, которая росла или уменьшалась по мере перемещения атомов между двумя областями. Когда распределение частиц переставало меняться, внутреннее «энтропийное время» в системе фактически останавливалось. При этом оно всегда текло в одном направлении и позволяло верно упорядочить события.
Исследователи также показали, что фундаментальное уравнение квантовой механики – уравнение Шрёдингера – можно выразить через это внутреннее время. Это означает, что эволюцию квантовой системы можно предсказывать, даже если время в ней определяется не внешними часами, а внутренними процессами. Созданная экспериментальная платформа позволит напрямую в лаборатории проверять теоретические модели, описывающие раннюю Вселенную, чёрные дыры и природу самого времени.
