הזמן נולד מחדש: כיצד ניסוי ישראלי-בריטי הוכיח שהיקום אינו צריך שעון חיצוני

צפייה בחץ הזמן

כשהמערכת הייתה אטומה ומחולקת, הצוות עקב אחר התפתחות הסקטור המואר וגילה סדרה מרשימה של אנלוגיות קוסמולוגיות.

מחזורי מפץ גדול וקריסה גדולה

הסקטור המואר התרחב ואז קרס שוב ושוב כשאטומים חצו את מחסום הלייזר, מחזור המדמה קפיצה קוסמולוגית (Cosmological Bounce). הרגע שבו אטומים החלו לאכלס לראשונה את הסקטור המואר פורש כ"מפץ גדול", בעוד שחזרתם המלאה לסקטור האפל סימנה "קריסה גדולה". מחזור קופץ זה חזר על עצמו פעמים רבות, ויצר היסטוריה קוסמית מיניאטורית וחוזרת בתוך המעבדה.

זמן אנטרופי כשעון פנימי

מתנודת האטומים הזו, הגדירו החוקרים "זמן אנטרופי". מכיוון שהאנטרופיה של המערכת הכוללת נשמרת, התנועה הכיוונית של אטומים בין הסקטורים יצרה זרימה חד-כיוונית ומדידה של אנטרופיה בסקטור המואר. זרימה זו שימשה כשעון פנימי אמין שהפגין מספר תכונות יוצאות דופן:

• חץ עקבי: הזמן האנטרופי זרם בכיוון אחד עקבי, ותזמן נכון אירועים על פני מספר מחזורי התרחבות-התכווצות.
• מהירות משתנה: השעון האיץ או האט בהתאם לקצב חילופי האנטרופיה בין הסקטורים.
• חיזוי מדויק: ברונטיני גזר משוואה אפקטיבית דמוית-שרדינגר המבוססת על זמן פנימי, אנטרופי זה – לא על זמן המעבדה הרגיל – והראה שהיא משחזרת במדויק את ההתפתחות הנמדדת של הסקטור המואר.

מות החום וקץ הזמן

כאשר התפלגות האטומים בין הסקטור המואר לסקטור האפל התייצבה לבסוף והפסיקה להשתנות, חילופי האנטרופיה פסקו. בנקודה זו, מנקודת המבט של הסקטור הנצפה, הזמן עצר למעשה – אנלוגיה ל'מות החום' החזוי עבור היקום שלנו.

מדוע זה חשוב להבנתנו את היקום?

הניסוי חשוב משום שהוא מעביר שאלה יסודית מתחום הספקולציה התיאורטית אל עבר הפיזיקה הניסויית. על ידי חלוקת מערכת קוונטית סגורה וצפייה בזמן הנובע מדינמיקת אנטרופיה בלבד, הצוות סיפק את זירת הניסוי המבוקרת הראשונה לבחינת מבני זמן יחסיים. ממצאיהם תומכים ברעיון שהזמן אינו רקע חיצוני ובסיסי, אלא תופעה תרמודינמית המתעוררת כאשר צופה מבחין בתת-מערכת – בדומה להבחנה בין הסקטור המואר לאפל – מתוך שלם על-זמני גדול יותר. יקום מיניאטורי שולחני זה מציע כעת חלון אמפירי חדש לחקר הפיזיקה של הקוסמוס האמיתי.