Что мы знаем о времени и его возникновении – неожиданное открытие ученых

Ученый из Бирмингемского университета создал «мини-вселенную», которая может помочь ответить на один из самых фундаментальных вопросов науки: что такое время?

В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Research, профессор Джованни Баронтини демонстрирует, что отслеживать течение времени можно без использования часов. В работе представлена ​​модель, в которой форма времени естественным образом возникает из поведения изучаемой системы, пишет SciTechDaily.

Некоторые научные теории предполагают, что время не является фундаментальным свойством Вселенной. Вместо этого Вселенная может существовать как единое квантовое состояние, которое не изменяется, при этом частицы проявляют как волновое, так и корпускулярное поведение. В этой точке зрения внешних часов нет, и восприятие времени возникает из взаимосвязей между различными частями системы.

Для исследования этой идеи Баронтини создал герметичную квантовую систему, используя облако из 24 000 ультрахолодных атомов, охлажденных до нескольких миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля . Атомы были захвачены и разделены тонким барьером, созданным двумя лазерными лучами разных частот, образуя наблюдаемую «светлую» область и ненаблюдаемую «темную» область.

Яркая область многократно расширяется и сжимается, напоминая Большой взрыв , за которым следует Большой коллапс — гипотетический сценарий, в котором расширение Вселенной в конечном итоге обращается вспять. Поскольку последовательность событий может быть реконструирована изнутри системы, эксперимент не требует использования внешних часов.

Результаты показывают, что время может возникать в результате изменений, происходящих внутри квантовой системы, а не существовать как независимая внешняя характеристика.

Мини-вселенная также показала, что время может возникать из энтропии, распространения или беспорядка частиц внутри системы. Атомы смогли перемещаться между светлыми и темными областями, в то время как система оставалась изолированной от внешнего мира.

По мере того, как атомы перемещались внутрь и наружу светлой области, распределение частиц изменялось. Когда это распределение увеличивалось или уменьшалось, система фактически двигалась вперед во времени. Когда распределение оставалось неизменным, время фактически останавливалось. Баронтини описывает этот процесс как «энтропийное время», потому что:

• потоки текут в одном направлении, создавая четкую «стрелу времени»;
• правильно упорядочивает события, даже в системе, которая расширяется и сжимается подобно миниатюрной вселенной;
• ускорение или замедление зависит от способа перераспределения энтропии.

В некоторых теориях Вселенной, особенно в квантовой гравитации, время не рассматривается как неотъемлемая характеристика. Однако в повседневной жизни время течет из прошлого в будущее — почему это так, если большинство основных законов физики работают одинаково как вперед, так и назад?, – рассуждает профессор Баронтини.

Это исследование, по его словам, впервые предоставляет контролируемые экспериментальные доказательства того, что «время» можно определить изменениями внутри системы, а не внешними «тикающими часами», которые мы обычно принимаем за время. Оно предлагает новое понимание природы времени в квантовой гравитации, которое можно использовать для описания динамики так же эффективно, как и обычное время.

Исследование также показывает, что вариант уравнения Шредингера, одного из центральных уравнений квантовой механики, может быть выражен с использованием энтропийного времени. Это позволяет исследователям предсказывать, как «облако вероятностей» квантовой системы эволюционирует со временем.