24 000 atomin pöytämaailmankaikkeus osoitti, miten aika voi syntyä tyhjästä

Ajan nuolen havainnointi

Kun järjestelmä oli suljettu ja jaettu, ryhmä seurasi kirkkaan sektorin kehitystä ja löysi sarjan huomattavia kosmologisia vastineita.

Alkuräjähdys ja loppurysäys -syklit

Kirkas sektori laajeni ja sitten romahti toistuvasti atomien ylittäessä laseresteen – sykli, joka matkii kosmologista ponnahtelua. Hetkeä, jolloin atomit alkoivat täyttää kirkasta sektoria, tulkittiin "Alkuräjähdykseksi", kun taas atomien täydellinen paluu pimeään sektoriin merkitsi "Loppurysäystä" (engl. Big Crunch). Tämä pompahteleva sykli toistui useita kertoja luoden laboratorioon pienoiskoossa toistuvan kosmisen historian.

Entropinen aika sisäisenä kellona

Tästä atomien vuorovesiliikkeestä tutkijat määrittelivät "entropisen ajan". Koska koko järjestelmän entropia säilyy, atomien suunnattu liike sektoreiden välillä loi kirkkaaseen sektoriin mitattavissa olevan yksisuuntaisen entropiavirran. Tämä virta toimi luotettavana sisäisenä kellona, jolla oli useita silmiinpistäviä ominaisuuksia:

• Johdonmukainen nuoli: Entropinen aika virtasi yhteen johdonmukaiseen suuntaan ja järjesti tapahtumat oikein useiden laajenemis- ja romahdussykleiden yli.
• Vaihteleva nopeus: Kello nopeutui tai hidastui riippuen sektoreiden välisen entropianvaihdon tahdista.
• Tarkka ennuste: Barontini johti tehollisen Schrödingerin yhtälön kaltaisen yhtälön, joka on parametrisoitu tällä sisäisellä, entropisella ajalla – ei tavanomaisella laboratorioajalla – ja osoitti sen toistavan tarkasti kirkkaan sektorin mitatun kehityksen.

Lämpökuolema ja ajan loppu

Kun atomien jakauma kirkkaan ja pimeän sektorin välillä lopulta vakiintui ja lakkasi muuttumasta, entropianvaihto pysähtyi. Tällöin havaitun sektorin näkökulmasta aika käytännössä pysähtyi – vertauskuva omalle maailmankaikkeudellemme ennustetulle lämpökuolemalle.

Miksi tällä on merkitystä maailmankaikkeutemme ymmärtämiselle

Koe on merkittävä, koska se siirtää perustavanlaatuisen kysymyksen teoreettisesta spekulaatiosta kokeellisen fysiikan piiriin. Jakamalla suljetun kvanttijärjestelmän ja katsomalla ajan syntyvän pelkästään entropiadynamiikasta ryhmä loi ensimmäisen kontrolloidun testimielikuvan relationaalisille aikarakenteille. Heidän tuloksensa tukevat ajatusta siitä, ettei aika ole perustavanlaatuinen, ulkoinen tausta, vaan pikemminkin termodynaaminen ilmiö, joka ilmenee, kun tarkkailija erottaa osajärjestelmän suuremmasta, ajattomasta kokonaisuudesta – aivan kuten jaottelu kirkkaaseen ja pimeään sektoriin. Tämä pöytäminimaailmankaikkeus tarjoaa nyt uuden empiirisen ikkunan todellisen kosmoksen fysiikan tutkimiseen.