RW Space

Квантовый мир ошеломляюще противоречив здравому смыслу: в мельчайших масштабах основные физические качества, такие как положение и скорость, неясны, а время, каким мы его знаем, кажется, не существует.

Эти квантовые причуды мешают нашим попыткам понять Вселенную, природу существования и даже качество сознания.

Фундаментальное математическое обоснование из физики Ньютона, квантовой механики, теории относительности и, в частности, теории относительности. Уравнение Уилера-ДеВитта предполагает, что время не имеет встроенного направления и может даже исчезнуть на самом глубоком уровне.

Напротив, второй закон термодинамики предлагает «стрелу» времени: Вселенная возникла в упорядоченном состоянии, возможно, как бесконечно плотная точка, и становится все более беспорядочной.

Итак, чтобы исследовать природу времени и то, представляет ли оно фундаментальное свойство нашего космоса, Джованни Баронтини, физик из Университет Бирмингема создал «мини-вселенную» с нуля, как это обычно бывает.

«Это исследование представляет собой первое контролируемое экспериментальное доказательство того, что «время» может определяться изменениями внутри системы, а не внешними «тикающими часами», которые мы считаем временем», — объясняет Баронтини.

Пытаясь заставить время возникать само по себе, Баронтини построил свою мини-вселенную примерно из 24 000 атомов рубидия, охлажденных до миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля, образуя экзотический «слизистый» атом, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна.

Также известное как пятое состояние материи, оно возникает, когда частицы охлаждаются почти до абсолютного нуля; они теряют свою индивидуальность и начинают вести себя как единая, единая «суперчастица».

Баронтини заключил это инопланетное вещество в дипольную оптическую ловушку, которая разделила его на два сектора с помощью барьера, образованного пересечением двух лазерных лучей разных частот.

Такое расположение привело к появлению «светлого» сектора, который наблюдался, и «темного» сектора, который оставался ненаблюдаемым, что позволяло почувствовать время, когда атомы перемещались взад и вперед между двумя секторами.

Баронтини сравнивает эти сектора с ненаблюдаемыми частями нашей реальной Вселенной: темной материей и темной энергией.

Другими словами, движение атомов стало часами, обеспечивая чувство времени основано на действии энтропии, а не на тикании стрелок обычных часов.

«В эксперименте наблюдаемая часть системы обменивается атомами и энтропией с ненаблюдаемой частью. Из этого обмена энтропией мы определяем внутреннее, «энтропийное» время», — рассказал Баронтини журналу ScienceAlert.

«Это время увеличивается, когда происходит обмен энтропией, и останавливается, когда обмен энтропией прекращается».

Колебания атомов через барьер происходили ритмично, как повторяющиеся циклы Большого взрыва, расширяющего Вселенную, за которым последовало разрушившее космос Большое сжатие – аналогично существующей гипотезе, которая предполагает, что мы живем в бесконечно цикличной Вселенной.

В результате из этой последовательности событий естественным образом возникло ощущение времени, поскольку поток энтропии имеет направление, и это основанное на энтропии упорядочение не движется в обратном направлении.

«Упрощенно можно сказать: мини-вселенная не нуждается во внешнем параметре для упорядочивания событий; ее собственный поток энтропии сообщает, какое событие произойдет. следующий», — сказал Баронтини.

Такие мини-вселенные являются бесценным испытательным полигоном для физики, поскольку системы с холодными атомами могут быть точно спроектированы для изучения некоторых из самых загадочных механик Вселенной.

Чтобы изучить вопросы о Большом взрыве или потенциальном Большом сжатии, «мы можем изменить форму ловушки, высоту барьера, взаимодействия между атомами, профиль плотности и связь между различными областями системы», — сказал Баронтини. ScienceAlert.

«Например, можно задаться вопросом, ведет ли видимый коллапс сингулярность или вместо этого превращается в отскок».

Аналогичным образом можно приблизить границы черных дыр, захватив атомы на одной стороне мини-вселенной.

По теме: Успех! Физики построили первые в мире часы, работающие на атомных ядрах

Большой взрыв и черные дыры сами по себе были удивительными открытиями. Итак, кто сможет угадать, какое просветление произойдет, если тыкать в миниатюрные вселенные квантовой палочкой?

Создавая управляемую квантовую систему для количественной проверки некоторых из этих математических и физических вопросов, физики могут также исследовать сбивающие с толку аспекты квантовой гравитации в надежде осуществить «невозможную» мечту об объединении общей теории относительности и квантовой механики.

Таким образом, эта работа «предлагает новое понимание природы времени в квантовой гравитации, которое можно было бы использовать для описывают динамику так же эффективно, как и обычное время», — заключает Баронтини.

Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Research.

‘>