Время без часов: физики провели необычный квантовый эксперимент

Физики создали квантовую модель Вселенной, состоящую примерно из 24 тысяч атомов, и продемонстрировали, что ход времени можно определять без внешних часов. Вместо обычного отсчёта секунд исследователи использовали изменения внутри самой системы, которая циклически расширялась и сжималась.

Об эксперименте профессора Бирмингемского университета Джованни Баронтини пишет редакция Новини.LIVE со ссылкой на ScienceDaily.

Как физики создали модель Вселенной из 24 тысяч атомов

В современной физике существуют теоретические подходы, согласно которым время не обязательно является независимым свойством Вселенной. В частности, уравнение Уилера — ДеВитта позволяет описывать Вселенную как единое квантовое состояние, для которого не нужны внешние часы. Возникает вопрос, как в такой системе определять последовательность событий.

Чтобы проверить возможность внутреннего отсчёта времени, Баронтини использовал облако из примерно 24 тысяч атомов, охлаждённых до температуры всего на несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. В таких условиях исследователь мог наблюдать квантовое поведение частиц.

Два лазерных луча с разными частотами образовали тонкий барьер, который разделил изолированную систему на две области — наблюдаемую "светлую" и ненаблюдаемую "темную". Атомы могли перемещаться между ними, изменяя распределение частиц.

При этом "светлая" часть системы периодически расширялась и сжималась. Такое поведение напоминало упрощенную модель Большого взрыва и Большого сжатия — гипотетического сценария, при котором расширение космоса сменяется его сжатием.

Как учёным удалось отследить время без часов

Основой необычного отсчёта стала энтропия — физическая величина, связанная с распределением частиц и энергии. Когда атомы переходили между двумя областями, распределение в наблюдаемой части изменялось. Именно по этим изменениям исследователь определял последовательность событий.

Такой способ измерения получил название "энтропийное время". Он позволял устанавливать порядок изменений независимо от циклов расширения и сжатия системы. Кроме того, его течение имело определённое направление, а скорость зависела от того, насколько быстро изменялась энтропия.

Если распределение атомов переставало изменяться, энтропийное время фактически останавливалось. Однако это не означало буквальной остановки времени в лаборатории — лишь то, что выбранный внутренний механизм отсчёта больше не фиксировал изменений.

Исследователь также продемонстрировал, что с помощью энтропийного времени можно записать уравнение Шредингера, описывающее изменение квантовых состояний. Это показало, что внутренний отсчёт может использоваться не только для определения последовательности событий, но и для прогнозирования поведения квантовой системы.

Эксперимент не доказывает, что время является иллюзией или не существует как фундаментальное свойство нашей Вселенной. Однако он демонстрирует возможность измерять время через внутренние изменения квантовой системы без внешних часов.

Ранее Новини.LIVE писали, что эксперимент NASA с примерно 2500 медузами выявил необычные последствия развития живых организмов в невесомости. По возвращении с орбиты животные внешне почти не отличались от своих земных сородичей, однако значительно чаще испытывали проблемы с передвижением.

Также Новини.LIVE сообщали, что массивные чёрные дыры не всегда остаются в центральных областях своих галактик. Новое исследование показало, что после галактических столкновений такие объекты могут смещаться на значительные расстояния и миллиарды лет не возвращаться в центр.