Великий вибух на столі: як хмара надхолодних атомів показала справжню природу часу

Стріла часу, що народжується з ентропії

Коли систему герметично закрили, команда почала відстежувати еволюцію світлого сектора — і виявила разючу низку космологічних аналогій.

Цикли Великого вибуху та Великого стиснення

Світлий сектор багаторазово розширювався, а потім знову стискався в міру того, як атоми перетинали лазерний бар’єр. Момент, коли атоми вперше з’являлися у світлому секторі, трактували як «Великий вибух», а їхнє повне повернення до темного сектора — як «Велике стиснення». Цей циклічний відскок повторювався знову і знову, створюючи в лабораторії мініатюрну повторювану космічну історію .

Ентропійний час як внутрішній годинник

На основі цих припливів і відпливів атомів дослідники визначили «ентропійний час». Оскільки сумарна ентропія системи зберігається, спрямований рух атомів між секторами породжував вимірний однонаправлений потік ентропії у світлому секторі. Цей потік слугував надійним внутрішнім годинником із кількома вражаючими властивостями :

• Послідовна стріла: Ентропійний час завжди тек в одному напрямку, правильно впорядковуючи події протягом багатьох циклів розширення–стиснення.
• Змінна швидкість: Годинник пришвидшувався або сповільнювався залежно від темпу обміну ентропією між секторами.
• Точне передбачення: Баронтіні вивів ефективне рівняння шредінгерівського типу, де параметром слугує внутрішній ентропійний час (а не звичайний лабораторний час), і показав, що воно точно відтворює виміряну еволюцію світлого сектора.

Теплова смерть і кінець часу

Коли розподіл атомів між світлим і темним секторами зрештою стабілізувався і перестав змінюватися, обмін ентропією припинився. У цей момент, з погляду спостережуваного сектора, час фактично зупинився — аналог теплової смерті, передбачуваної для нашого власного всесвіту .

Чому це важливо для нашого розуміння Всесвіту

Експеримент переносить фундаментальне питання з царини теоретичних спекуляцій у площину експериментальної фізики. Розділивши замкнену квантову систему і спостерігаючи, як час народжується з самої лише динаміки ентропії, команда створила перший контрольований полігон для теорій реляційного часу. Отримані дані підтверджують думку, що час не є фундаментальним зовнішнім тлом — це радше термодинамічне явище, яке виникає тоді, коли спостерігач вирізняє підсистему (світлий сектор) із більшого цілого, що не має часу. Цей настільний мініатюрний всесвіт відкриває нове емпіричне вікно для дослідження фізики реального космосу .