Как е възможно да се измери потокът на времето, без изобщо да се използва часовник? Нови открития дават научен модел, в който версия на времето се появява от самия експеримент.
Това демонстрира професор Джовани Баронтини (Giovanni Barontini), публикувайки своите открития в Physical Review Research.
Някои теории на физиката предполагат, че в най-началния си етап Вселената няма вградено време, а съществува като единично, непроменящо се квантово състояние, в което частиците проявяват както вълнови, така и корпускулярни свойства. Те третират Вселената като цяло без външен часовник и всяко усещане за време трябва да произтича от вътрешните взаимоотношения между частите.
Резултатът не претендира да реши проблема с времето във физиката. Той обаче превръща един известен философски въпрос в нещо по-конкретно. Теориите, базирани на уравнението на Уилър-ДеВит, описват Вселената без външен параметър на времето, оставяйки отворен въпроса как всеки вътрешен наблюдател би могъл да възстанови последователността, посоката или промяната. Този експеримент показва един начин, по който това би могло да се случи в контролирана многочастична система.
Това говори и за друга дългогодишна загадка - стрелата на времето. Повечето основни уравнения във физиката не се интересуват в коя посока тече времето. Термодинамиката се интересува. Ентропията има тенденция да се увеличава в една посока и тази асиметрия отдавна се откроява като един от малкото надеждни признаци на времеви ред. Системата на Баронтини използва този факт директно.
Как работи минивселената
Баронтини използва облак от 24 000 ултрастудени атома – само няколко милиардни от градуса над абсолютната нула – за да създаде херметически затворена квантова система, която имитира проста "вселена". Частиците са уловени и разделени с тънка бариера, образувана с два лазерни лъча с различни честоти, за да се създаде наблюдавана ("ярка") и ненаблюдавана ("тъмна") област.
"Яркият" сектор многократно се разширява и свива, преживявайки нещо като Голям взрив и "Голям срив" (термин, създаден по аналогия с "Големия взрив") – хипотетичен сценарий, при който разширяването на космоса в крайна сметка се обръща. Експериментът позволява последователността от събития да бъде реконструирана от самата минивселена, без никаква препратка към външен лабораторен часовник.
Експериментът демонстрира, че времето може да възникне от промени, случващи се вътре в квантовата система, вместо да съществува като нещо външно, което протича независимо.
"Минивселената" демонстрира, че "времето" може да бъде създадено от безпорядъка, хаоса или разсейването (ентропията) на атомите и начина, по който те се държат в една система. Атомите могат да се движат между "светли" и "тъмни" области, но иначе системата е изолирана от външния свят.
Експериментални абсорбционни изображения, интегрирани по оста y, показващи еволюцията на нашата система като функция на външното лабораторно време. Цветовата скала показва интегрираната плътност на колоната в произволни единици. Кредит: Physical Review Research
Ентропийно време в действие
Когато разпространението на частиците в светлия сектор се увеличава или намалява с движението на атомите навътре или навън, системата се "движи напред във времето". Когато това разпределение на атомите не се променя, времето ефективно спира. Баронтини нарича този процес "ентропично време", след като открива, че тази версия на времето:
- тече в една постоянна посока, давайки ясна "стрела на времето";
- правилно подрежда събитията, дори в система, която се разширява и свива като миникосмос;
- ускорява или забавя в зависимост от това как се движи ентропията.
"В някои теории за Вселената, особено квантовата гравитация, времето не се появява като вградена характеристика. И все пак в ежедневието времето тече от миналото към бъдещето – защо е така, когато повечето основни закони на физиката работят по един и същи начин напред и назад?", пита Баронтини.
"Това проучване предоставя първите контролирани експериментални доказателства, че "времето" може да се дефинира чрез промени в системата, а не като външен "тиктакащ часовник", който ние възприемаме като време. То предлага нова представа за природата на времето в квантовата гравитация, която би могла да се използва за описание на динамиката също толкова ефективно, колкото и конвенционалното време."
Проучването също така показва, че с помощта на ентропийно време все пак е може да бъде написана версия на основното уравнение в квантовата механика на Шрьодингер, което позволява прогнозиране на това как "облакът от вероятности" на квантовата система ще се променя с течение на времето.
Експериментът разглежда дългогодишен въпрос във физиката: В някои теории за Вселената няма вграден часовник, така че как може да се каже какво се случва "преди" и "след" без външно време?
Тестване на космологични идеи на лабораторна маса
Експерименти със студени атоми вече са използвани за имитиране на хоризонти на събитията на черни дупки, фалшив вакуумен разпад и други екзотични сценарии. Това проучване добавя ново приложение: тестване на идеи от квантовата космология и квантовата гравитация, които иначе биха останали почти изцяло теоретични.
Тъй като системата може да се настройва, бъдещите експерименти биха могли да продължат още. В статията се посочват възможности, включително лабораторни аналози на черни дупки, тестове за обратимост, изследвания на сингулярности и космологии, както и сравнения между конкуриращи се вътрешни часовници.
Нищо от това не означава, че кондензатът в експериментът е вселена в миниатюра в буквалния смисъл. Но може би е достатъчно, за да се запитаме дали някои от най-дълбоките идеи за времето, промяната и космическата история могат да оцелеят при контакт с експеримента.
Практически последици от изследването
Непосредствената стойност на работата не е ново устройство или технология, а нова експериментална платформа за много стар проблем.
Оптика за насочване на лазерите към атомите. Като показва, че вътрешна, базирана на ентропия променлива време може да подрежда събития и да подкрепя квантовите прогнози, изследването дава на физиците начин да тестват концепции от квантовата гравитация и космологията в лаборатория, а не само на хартия. Кредит: University of Birmingham
Баронтини показва, че системата следва стандартните уравнения на квантовата физика и демонстрира, че дълбоки въпроси за природата на времето – обикновено обсъждани само в теории за Вселената като цяло – могат да бъдат тествани в контролирани лабораторни експерименти.
Експериментът предоставя мощна тестова платформа за идеи в квантовата космология и гравитацията, което означава, че идеи, свързани с ранната Вселена, вече могат да бъдат тествани експериментално в лабораторията.
Подходът може да бъде разширен до по-сложни системи, което потенциално ще позволи на изследователите да изучават физиката на Големия взрив и "Големия срив". Той би могъл да се използва и за симулиране на черни дупки в лаборатория или за тестване на конкуриращи се теории за това как времето се появява във Вселената.
Справка: Testing the problem of time with cold atoms; Giovanni Barontini; Phys. Rev. Research 8, L022047 – Published 11 June, 2026; DOI: https://doi.org/10.1103/1h9j-df4k
Източник: ‘Mini Universe’ built from ultracold atoms measures time without a clock, The Brighter Side of News
Още по темата
Физика
Какво е пространство-време? Мистерия в основата на реалността
Физика
Кристали на пространството и времето: Структурен феномен, който може да колапсира в малки черни дупки
Физика
Квантовият часовник на Шрьодингер: времето може да тече едновременно по-бързо и по-бавно
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
zlatkov
Учени сканират 74 милиона радиосигнала от междузвезден обект за признаци на извънземни технологии
Джендо Джедев
За срещата на Земята с Халеевата комета през 1910 г. някои са пили "противокометни хапчета"
dolivo
Чифтосали ли са се Хомо еректус и денисовците? Зъбните протеини намекват за древни срещи
Niko Kolev
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука