Физик из Университета Бирмингема Джованни Баронтини разработал экспериментальную систему — так называемую «мини-вселенную», — которая позволяет изучать природу времени без использования внешнего часовника. Работа опубликована в журнале Physical Review Research.

Исследование предлагает модель, в которой время не задано изначально, а «возникает» из динамики самой системы. Такой подход перекликается с некоторыми теориями квантовой гравитации, включая уравнение Уилера–ДеВитта, где Вселенная рассматривается как единое квантовое состояние без внешнего параметра времени.

В эксперименте ученые использовали облако из примерно 24 тысяч ультрахолодных атомов, охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю. Система была разделена лазерным барьером на две области — «светлую» и «темную», между которыми могли перемещаться частицы.

В «светлой» части наблюдались циклы расширения и сжатия, напоминающие условные аналоги Большого взрыва и гипотетического сценария Большого сжатия. При этом весь процесс был изолирован от внешней среды, что позволило отслеживать изменения исключительно внутри системы.

Ключевой вывод работы заключается в том, что направление времени можно определить через рост и перераспределение энтропии — меры беспорядка в системе. Ученый называет этот подход «энтропийным временем».

«Это исследование показывает, что время может быть определено изменениями внутри системы, а не внешним “тикающим” часом», — отметил Баронтini.

Согласно результатам, если распределение частиц меняется, система «движется вперед во времени». Если изменений нет, время, по сути, «останавливается». Такой подход также позволяет описывать эволюцию квантовой системы с помощью модифицированного уравнения Шрёдингера.

Авторы подчеркивают, что эксперимент дает редкую возможность проверять идеи квантовой космологии в лабораторных условиях. В перспективе это может помочь моделировать процессы ранней Вселенной, а также исследовать механизмы возникновения времени и динамику экстремальных космических объектов.