Час без годинника: фізики провели незвичайний квантовий дослід

Фізики створили квантову модель Всесвіту з приблизно 24 тисяч атомів і продемонстрували, що перебіг часу можна визначати без зовнішнього годинника. Замість звичайного відліку секунд дослідники використали зміни всередині самої системи, яка циклічно розширювалася та стискалася.

Про експеримент професора Бірмінгемського університету Джованні Баронтіні пише редакція Новини.LIVE з посиланням на ScienceDaily.

Як фізики створили модель Всесвіту з 24 тисяч атомів

У сучасній фізиці існують теоретичні підходи, за якими час не обов'язково є незалежною властивістю Всесвіту. Зокрема, рівняння Вілера — ДеВітта дозволяє описувати Всесвіт як єдиний квантовий стан, для якого не потрібен зовнішній годинник. Виникає питання, як у такій системі визначати послідовність подій.

Щоб перевірити можливість внутрішнього відліку часу, Баронтіні використав хмару приблизно з 24 тисяч атомів, охолоджених до температури лише на кілька мільярдних часток градуса вище абсолютного нуля. За таких умов дослідник міг спостерігати квантову поведінку частинок.

Два лазерні промені з різними частотами утворили тонкий бар'єр, який поділив ізольовану систему на дві області — спостережувану "світлу" та неспостережувану "темну". Атоми могли переміщуватися між ними, змінюючи розподіл частинок.

При цьому "світла" частина системи періодично розширювалася та стискалася. Така поведінка нагадувала спрощену модель Великого вибуху та Великого стискання — гіпотетичного сценарію, за якого розширення космосу змінюється його стисканням.

Як ученим вдалося відстежити час без годинника

Основою незвичайного відліку стала ентропія — фізична величина, пов'язана з розподілом частинок та енергії. Коли атоми переходили між двома областями, розподіл у спостережуваній частині змінювався. Саме за цими змінами дослідник визначав послідовність подій.

Такий спосіб вимірювання отримав назву "ентропійний час". Він дозволяв встановлювати порядок змін незалежно від циклів розширення та стискання системи. Крім того, його перебіг мав визначений напрямок, а швидкість залежала від того, наскільки швидко змінювалася ентропія.

Якщо розподіл атомів переставав змінюватися, ентропійний час фактично зупинявся. Однак це не означало буквальної зупинки часу в лабораторії — лише те, що обраний внутрішній механізм відліку більше не фіксував змін.

Дослідник також продемонстрував, що з використанням ентропійного часу можна записати рівняння Шредінгера, яке описує зміну квантових станів. Це показало, що внутрішній відлік може використовуватися не лише для визначення послідовності подій, а й для прогнозування поведінки квантової системи.

Експеримент не доводить, що час є ілюзією або не існує як фундаментальна властивість нашого Всесвіту. Проте він демонструє можливість вимірювати час через внутрішні зміни квантової системи без зовнішнього годинника.

Раніше Новини.LIVE писали, що експеримент NASA з приблизно 2500 медузами виявив незвичайні наслідки розвитку живих організмів у невагомості. Після повернення з орбіти тварини зовні майже не відрізнялися від земних родичів, однак значно частіше мали проблеми з рухом.

Також Новини.LIVE розповідали, що масивні чорні діри не завжди залишаються в центральних областях своїх галактик. Нове дослідження показало, що після галактичних зіткнень такі об'єкти можуть зміщуватися на значні відстані та мільярдами років не повертатися до центру.