Fyysikko rakensi ’mini-universumin’, joka mittaa aikaa ilman kelloa

Birminghamin yliopiston fyysikko on rakentanut ultrakylmistä atomeista kvantti-"mini-universumin", joka mittaa ajan kulumista ilman ulkoista kelloa — tarjoten ensimmäisen kontrolloidun kokeellisen todisteen siitä, että aika voi syntyä eristetyn järjestelmän sisältä.

Kosmos kylmissä atomeissa

Professori Giovanni Barontini jäähdytti noin 24 000 rubidiumatomia muutaman miljardisosakkeen päähän absoluuttisesta nollapisteestä ja jakoi sitten syntyneen kvanttipilven kahtia laserseinän avulla. Toista puoliskoa — "kirkasta" sektoria — voitiin tarkkailla, kun taas toinen pysyi piilotettuna "pimeänä" sektorina. Atomit vuotivat edestakaisin laseresteen yli, ja juuri tämä hiukkasliikenne toimi järjestelmän sisäisenä kellona.phys+1

Kirkas sektori laajenee ulospäin, kunnes se saavuttaa maksimin, supistuu sitten ja luhistuu takaisin — pieni alkuräjähdys, jota seuraa suuri romahdus — koko syklin tapahtuessa noin kymmenesosasekunnissa. Kun atomien leviäminen muuttuu, aika liikkuu eteenpäin. Kun mikään ei leviä, aika pysähtyy. Ulkoista sekuntiosoitinta ei tarvita.scienceblog+1

Entrooppinen aika käyttäytyy kuin todellinen aika

Julkaistessaan tuloksensa Physical Review Research -lehdessä Barontini osoitti, että tämä "entrooppinen aika" virtaa yhdessä johdonmukaisessa suunnassa tarjoten selkeän nuolen menneisyydestä tulevaisuuteen. Se järjestää tapahtumat oikein, vaikka järjestelmä laajenee ja supistuu, ja se kiihtyy tai hidastuu riippuen siitä, kuinka nopeasti entropia liikkuu kahden sektorin välillä. Kun lasereste nostetaan riittävän korkealle, entropian vaihto vähenee olemattomiin ja mini-universumi ajautuu kohti "lämpökuolemaa", jossa entrooppinen aika pysähtyy.arxiv+2

"Tämä tutkimus tarjoaa ensimmäisen kontrolloidun kokeellisen todisteen siitä, että 'aika' voidaan määritellä järjestelmän sisäisillä muutoksilla sen sijaan, että se olisi ulkoinen 'tikittävä kello', jona aikaa yleensä pidämme", Barontini sanoi ja lisäsi, että lähestymistapaa "voitaisiin käyttää dynamiikan kuvaamiseen yhtä tehokkaasti kuin perinteistä aikaa".phys+1

Uusi testialusta kvanttikosmologialle

Koe hyödyntää samaa matematiikkaa, jota käytetään leluuniversumien kuvaamiseen kvanttikosmologiassa, mikä tarkoittaa, että abstrakteja kosmisia kysymyksiä ajasta ja painovoimasta voidaan nyt tutkia todellisessa laboratoriossa. Kuten New Scientist raportoi, työ viittaa siihen, että aika saattaa syntyä kvanttivuorovaikutuksista sen sijaan, että se olisi todellisuuden luontainen ominaisuus. Järjestelmä on analogia pikemminkin kuin kirjaimellinen kosmos, mutta se avaa kontrolloidun testialustan teorioille, jotka ovat tähän asti pysyneet puhtaasti teoreettisina — yhdistäen kvanttipainovoiman ja laboratoriokokeellisen fysiikan lasikammion sisällä Birminghamissa.newscientist+2