Fysiker bygger ‘mini-univers’ som måler tid uten en klokke

En fysiker ved University of Birmingham har konstruert et kvante-"mini-univers" av ultrakalde atomer som måler tidens gang uten noen ekstern klokke — noe som gir det første kontrollerte eksperimentelle beviset på at tid kan oppstå fra innsiden av et isolert system.

Et kosmos i kalde atomer

Professor Giovanni Barontini kjølte ned omtrent 24 000 rubidiumatomer til noen få milliarddeler av en grad over det absolutte nullpunkt, og delte deretter den resulterende kvanteskyen i to ved hjelp av en vegg av laserlys. Den ene halvdelen — den "lyse" sektoren — kunne observeres, mens den andre forble en skjult "mørk" sektor. Atomer lekket frem og tilbake over laserbarrieren, og det var nettopp denne trafikken av partikler som fungerte som systemets interne klokke.phys+1

Den lyse sektoren sveller utover til den når et maksimum, for så å trekke seg sammen og kollapse tilbake — et lite Big Bang etterfulgt av et Big Crunch — der hele syklusen utspiller seg på omtrent et tidels sekund. Når spredningen av atomer endres, beveger tiden seg fremover. Når ingenting sprer seg, stopper tiden. Ingen ekstern sekundviser er nødvendig.scienceblog+1

Entropisk tid oppfører seg som ekte tid

I sin publisering i Physical Review Research viste Barontini at denne "entropiske tiden" flyter i én konsistent retning, og gir en klar pil fra fortid til fremtid. Den ordner hendelser korrekt selv når systemet utvider seg og trekker seg sammen, og den akselererer eller bremser ned avhengig av hvor raskt entropien beveger seg mellom de to sektorene. Når laserbarrieren heves høyt nok, minker entropiutvekslingen mot null, og mini-universet driver mot en "varmedød" der den entropiske tiden stopper helt opp.arxiv+2

"Denne studien gir det første kontrollerte eksperimentelle beviset på at 'tid' kan defineres av endringer i et system fremfor som den eksterne 'tikkende klokken' vi tenker på som tid," sa Barontini, og la til at tilnærmingen "kan brukes til å beskrive dynamikk like effektivt som konvensjonell tid".phys+1

En ny testplattform for kvantekosmologi

Eksperimentet bygger på den samme matematikken som brukes til å beskrive leke-universer i kvantekosmologi, noe som betyr at abstrakte kosmiske spørsmål om tid og gravitasjon nå kan undersøkes i et ekte laboratorium. Som New Scientist rapporterte, antyder arbeidet at tid kan oppstå fra kvanteinteraksjoner fremfor å eksistere som en iboende egenskap ved virkeligheten. Systemet er en analogi snarere enn et bokstavelig kosmos, men det åpner en kontrollert testplattform for teorier som frem til nå har forblitt rent teoretiske — og bygger bro mellom kvantegravitasjon og laboratoriefysikk i et glasskammer i Birmingham.newscientist+2