Физик создал маленькую Вселенную, для которой нет понятия времени

Между квантовой механикой и Общей теорией относительности (ОТО) лежит проблема времени. Для теории относительности время локально и зависит от распределения материи в точке или от скорости движения объекта. Время течет, оно имеет направление из прошлого в будущее. Эталон времени, одна секунда — интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями энергии основного состояния атома цезия-133.

В квантовой механике уравнение Уилера — Де Витта описывает Вселенную как полную квантовую систему, единое неизменное состояние. В нем нет переменной времени, оно не встроено в уравнение изначально. Время откуда-то возникает.

Физик использовал 24 тысячи ультрахолодных атомов рубидия как миниатюрную Вселенную и нашел первое контролируемое экспериментальное свидетельство того, что время может возникать как следствие изменений в системе. Его работа опубликована в журнале Physical Review Research.

При температуре около абсолютного нуля атомы переходят в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна. В нем все атомы ведут себя как единый объект, с которым работают именно квантовые законы физики. Профессор Джованни Баронтини (Giovanni Barontini) изолировал облако атомов рубидия от внешнего мира и разделил его «темную» и «яркую» стороны лазерным излучением — потенциальным барьером.

Ученый наблюдал за «яркой» стороной облака и изменял высоту барьера между частями системы. При изменении высоты барьера атомы переместились из темного сектора в яркий, затем конденсат достиг максимума и вернулся в изначальное состояние. Цикл длился 120 миллисекунд, информацию о системе исследователь регистрировал раз в две миллисекунды и использовал несколько высот потенциального барьера.

Исследователь смог восстановить последовательность событий внутри миниатюрной вселенной, используя только информацию из самой системы, без данных о течении времени. Изменений энтропии оказалось достаточно.

Энтропия — мера беспорядка системы. Когда атомы двигались из темного сектора в яркий, энтропия росла, а когда возвращались, энтропия локально убывала. Когда ничего не двигалось, энтропия оставалась постоянной. Баронтини назвал это «энтропийным временем», поскольку изменения величины энтропии помогли ему определить направление и последовательность всех событий в системе.

Энтропийное время текло в одном неизменном направлении, правильно упорядочивало события и оказалось неравномерным. Оно ускорялось или замедлялось в зависимости от того, как перераспределялась энтропия в системе. Автор исследования считает, что в этом видна связь между временем и скоростью физического изменения.

Баронтини проверил энтропийное время на уравнении Шредингера, описывающего эволюцию квантовой системы. В рамках новой парадигмы уравнение успешно описывало эволюцию маленькой Вселенной атомов рубидия.

«Это исследование дает первое контролируемое экспериментальное доказательство того, что „время“ можно определять через изменения внутри системы, а не как внешние „тикающие часы“. Оно предлагает новый взгляд на природу времени в квантовой гравитации, который может позволить описывать динамику так же эффективно, как и обычное время», — рассказал физик.

Исследователь отметил, что его результат поможет устранить противоречия между квантовой механикой и ОТО. Если ученые смогут найти путь записи уравнений квантовой механики в форме, не использующей время как переменную, они смогут значительно продвинуться в исследованиях квантовой гравитации. При этом Баронтини указал, что результаты его работы ждут независимого анализа, а миниатюрная Вселенная — радикальное упрощение, которое может не отражать работу энтропийного времени в реальном мире.

Evgenia Vavilova

194 статей

Пишет в основном о физике и химии, любит нанотехнологии, шестиугольники и утконосов.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram