Fysiker bygger ’mini-univers’ som mäter tid utan en klocka

En fysiker vid University of Birmingham har konstruerat ett kvant-"mini-universum" av ultrakalla atomer som mäter tidens gång utan någon extern klocka — vilket ger det första kontrollerade experimentella beviset på att tid kan uppstå inifrån ett isolerat system.

Ett kosmos i kalla atomer

Professor Giovanni Barontini kylde ner cirka 24 000 rubidiumatomer till några miljarddelar av en grad över den absoluta nollpunkten, och delade sedan det resulterande kvantmolnet i två med hjälp av en vägg av laserljus. Den ena halvan — den "ljusa" sektorn — kunde observeras, medan den andra förblev en dold "mörk" sektor. Atomer läckte fram och tillbaka över laserbarriären, och det var just denna trafik av partiklar som fungerade som systemets interna klocka.phys+1

Den ljusa sektorn sväller utåt tills den når ett maximum, för att sedan dra ihop sig och kollapsa tillbaka — en liten Big Bang följd av en Big Crunch — där hela cykeln utspelar sig på ungefär en tiondels sekund. När spridningen av atomer förändras, rör sig tiden framåt. När ingenting sprider sig, stannar tiden. Ingen extern sekundvisare behövs.scienceblog+1

Entropisk tid beter sig som verklig tid

I sin publicering i Physical Review Research visade Barontini att denna "entropiska tid" flyter i en konsekvent riktning, vilket ger en tydlig pil från dåtid till framtid. Den ordnar händelser korrekt även när systemet expanderar och drar ihop sig, och den accelererar eller saktar ner beroende på hur snabbt entropin rör sig mellan de två sektorerna. När laserbarriären höjs tillräckligt högt minskar entropiutbytet mot noll och mini-universumet driver mot en "värmedöd" där den entropiska tiden stannar helt.arxiv+2

"Denna studie ger det första kontrollerade experimentella beviset på att 'tid' kan definieras av förändringar i ett system snarare än som den externa 'tickande klocka' vi tänker på som tid," sa Barontini och tillade att metoden "skulle kunna användas för att beskriva dynamik lika effektivt som konventionell tid".phys+1

En ny testplattform för kvantkosmologi

Experimentet bygger på samma matematik som används för att beskriva leksaksuniversum inom kvantkosmologi, vilket innebär att abstrakta kosmiska frågor om tid och gravitation nu kan undersökas i ett riktigt laboratorium. Som New Scientist rapporterade antyder arbetet att tid kan uppstå ur kvantinteraktioner snarare än att existera som en inneboende egenskap hos verkligheten. Systemet är en analogi snarare än ett bokstavligt kosmos, men det öppnar en kontrollerad testplattform för teorier som hittills förblivit rent teoretiska — och bygger bro mellan kvantgravitation och laboratoriefysik i en glaskammare i Birmingham.newscientist+2