Český fyzikální zázrak: Stolek s atomy ukazuje zrod času bez hodin

Pozorování šipky času

S takto zapečetěným a rozděleným systémem tým sledoval vývoj světlého sektoru a objevil pozoruhodnou sérii kosmologických analogií.

Cykly Velkého třesku a Velkého křachu

Světlý sektor opakovaně expandoval a následně zkolaboval, jak atomy překonávaly laserovou bariéru. Tento cyklus připomíná takzvaný kosmologický „bounce“ (odraz). Okamžik, kdy atomy poprvé pronikly do světlého sektoru, byl interpretován jako „Velký třesk“, zatímco jejich úplný návrat do temného sektoru označoval „Velký křach“. Tento odrážející se cyklus se mnohokrát opakoval a v laboratoři tak vznikla miniaturní, opakující se kosmická historie.

Entropický čas jako vnitřní hodiny

Z tohoto přílivu a odlivu atomů vědci definovali „entropický čas“. Protože celková entropie systému je zachována, směrovaný pohyb atomů mezi sektory vytvářel měřitelný, jednosměrný tok entropie ve světlém sektoru. Tento tok sloužil jako spolehlivé vnitřní hodiny, které vykazovaly několik nápadných vlastností:

• Konzistentní šipka: Entropický čas plynul jedním konzistentním směrem a správně řadil události napříč několika cykly expanze a kolapsu.
• Proměnlivá rychlost: Hodiny se zrychlovaly nebo zpomalovaly v závislosti na míře výměny entropie mezi sektory.
• Přesná předpověď: Barontini odvodil efektivní Schrödingerovu rovnici parametrizovanou tímto vnitřním, entropickým časem – nikoliv konvenčním laboratorním časem – a ukázal, že přesně reprodukuje naměřený vývoj světlého sektoru.

Tepelná smrt a konec času

Když se distribuce atomů mezi světlým a temným sektorem nakonec stabilizovala a přestala se měnit, výměna entropie ustala. V tomto okamžiku se z pohledu pozorovaného sektoru čas fakticky zastavil – jde o analogii takzvané tepelné smrti předpovídané pro náš vlastní vesmír.

Proč je to důležité pro naše chápání vesmíru

Význam experimentu spočívá v tom, že posouvá fundamentální otázku z oblasti teoretických spekulací do sféry experimentální fyziky. Rozdělením uzavřeného kvantového systému a sledováním, jak se čas vynořuje pouze z dynamiky entropie, tým poskytl první kontrolované testovací prostředí pro konstrukce relačního času. Jejich zjištění podporují myšlenku, že čas není fundamentálním, vnějším pozadím, ale spíše termodynamickým jevem, který vzniká, když pozorovatel rozliší subsystém – podobně jako je to s rozlišením mezi světlým a temným sektorem – od většího, nadčasového celku. Tento stolní miniaturní vesmír nyní nabízí nové empirické okno pro zkoumání fyziky skutečného kosmu.