Профессор Бирмингемского университета Джованни Баронтини приблизился к ответу на один из фундаментальных вопросов физики: что такое время и почему оно течет только в одном направлении? В своей работе он представил экспериментальную модель, где течение времени возникает не от внешних часов, а из внутренних изменений самой системы, пишет Phys.org.
Многие теории квантовой гравитации предполагают, что на самом глубоком уровне у Вселенной нет собственного времени — она существует как единое, неизменное состояние. Однако в нашей повседневной жизни стрела времени очевидна. Чтобы проверить эти концепции, профессор Баронтини создал герметичную квантовую систему — облако из 24 000 ультрахолодных атомов c температурой всего на миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля.
Для создания изолированной системы эксперт разделил облако атомов лазерным барьером на два сектора. «Светлый» сектор многократно расширялся и сжимался, имитируя сценарий Большого взрыва и последующего сжатия космоса, в то время как «темный» служил резервуаром. Полная изоляция от внешнего мира позволила изучать внутреннюю динамику этой мини-вселенной без использования внешних лабораторных часов.
Ключевым открытием стало то, что время в этой мини-вселенной напрямую связано с энтропией — мерой беспорядка или распределения частиц. Когда частицы распределялись по системе более хаотично, время «текло». Если распределение атомов оставалось равномерным и не менялось, время внутри эксперимента фактически замирало. При этом процесс всегда сохранял постоянную направленность, так называемую «стрелу времени», даже в условиях циклического расширения и сжатия системы.
«Исследование впервые предоставляет доказательства того, что “время” можно определить изменениями внутри системы, а не внешними “тикающими часами”», — заявил профессор Баронтини. Более того, ученому удалось переписать основное уравнение квантовой механики с использованием этого нового понятия времени, доказав, что система подчиняется стандартным законам физики.
Прорыв имеет колоссальное значение для науки. Впервые глубокие вопросы о природе времени, которые раньше обсуждались лишь в теоретических моделях ранней Вселенной, стали доступны для проверки в контролируемых условиях. Новая платформа открывает путь для моделирования сложнейших космологических явлений прямо на Земле. В будущем этот подход позволит исследователям изучать физику Большого взрыва, моделировать поведение черных дыр и проверять конкурирующие теории о том, как именно возникает время во Вселенной.
Ранее у модельного червячка нашли уникальные биологические часы. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru