Прошло исследование: игрушечная вселенная указала на иллюзорности времени

Недавнее исследование, опубликованное в престижном журнале Physical Review Research, привлекло внимание научного сообщества к фундаментальной проблеме природы времени. Группа физиков из Бирмингемского университета, возглавляемая Джованни Баронтини, провела экспериментальную проверку гипотезы о том, что время не является фундаментальным параметром, а возникает из внутренних квантовых взаимодействий в системах.

В эксперименте использовались ультрахолодные атомы рубидия, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю. Эти атомы образуют квантовую систему, известную как «игрушечная вселенная», которая состоит из 20 000 частиц. Такая система позволяет моделировать базовые сценарии эволюции материи и исследовать сложные квантовые процессы.

Исследование природы времени через «игрушечную вселенную»

До настоящего времени «игрушечные вселенные» применялись для моделирования космологических процессов и проверки теорий квантовой гравитации. В уравнениях типа Wheeler–DeWitt отсутствует явное время, однако его наличие подразумевается через внутренние связи системы.

В новом исследовании атомы рубидия были разделены на две подсистемы: «светлую» и «тёмную». В статическом состоянии времени в системе не существовало, но после активации лазерного воздействия начался обмен атомами, что привело к росту энтропии и появлению направленной эволюции.

Время как производное явление квантового мира

Ключевым аспектом эксперимента стало наблюдение за ростом энтропии. В физике энтропия тесно связана с понятием «стрелы времени», определяющей направление развития процессов. В данном контексте энтропийный градиент позволил выявить внутреннее время системы и использовать его для описания квантовых эволюционных процессов.

Концепция времени как производного явления имеет глубокие исторические корни. В середине XX века теоретики, такие как Джон Уилер и Брайан ДеВитт, обсуждали возможность возникновения времени из статистических свойств квантовых систем. Современные исследования в области квантовой термодинамики также подтверждают связь между временем и ростом энтропии, особенно в системах с квантовой запутанностью.

Значимым этапом в этой области стало исследование 2013 года под руководством Марко Дженовезе, которое продемонстрировало, что ощущение времени может возникать из квантовых корреляций между фотонами. Новая работа Бимингемской группы расширила этот подход, заменив световые частицы на ультрахолодные атомы, что сделало модель более приближенной к реальным квантовым системам.

Эксперименты с «игрушечной вселенной» и их квантовые аспекты

Проведенные эксперименты имеют важное значение для задач квантовой гравитации, где пространство-время может рассматриваться не как непрерывная среда, а как результат квантовых взаимодействий. В этом контексте время перестает быть независимой переменной и становится производной величиной, возникающей из динамических процессов внутри системы.

Некоторые физики утверждают, что лабораторные «мини-вселенные», подобные использованной в исследовании, позволяют проверять гипотезы в контролируемых и воспроизводимых условиях. Однако Карло Ровелли указывает на то, что такие эксперименты остаются в рамках квантовой механики и не могут быть экстраполированы на всю Вселенную. По его мнению, они представляют собой моделирование математических структур, а не точное описание реальности.

Тем не менее, исследования с ультрахолодными атомами значительно расширяют арсенал инструментов квантовой физики. Эти системы уже используются для моделирования сложных квантовых явлений, включая топологические фазы материи, квантовые магнетики и динамику сильно коррелированных систем, что открывает новые перспективы для фундаментальных исследований и практических приложений.