他们创造了一个玻色-爱因斯坦凝聚体,并用一个不随时间变化的稳定势阱将其囚禁。接着,一道精细调节的激光“墙”将这个凝聚体分割成两个部分:一个被观测的“亮区”和一个未被观测的“暗区”。原子可以通过量子隧穿或其他方式在两个区域之间穿越。关键在于,整个系统的“精细熵”是守恒的,这符合孤立系统的定义。因此,“亮区”内任何可观测的“粗粒化熵”的变化,都必然源自其与隐藏“暗区”之间的熵交换。
在系统被密封并分割后,研究团队追踪了“亮区”的演化,发现了一系列与宇宙学惊人相似的对应现象。
随着原子穿越激光屏障,“亮区”反复地膨胀和回缩,这种循环模拟了宇宙学中的“反弹”模型。当原子首次大量涌入“亮区”的那一刻,被解释为一次“大爆炸”;而当它们全部返回“暗区”时,则标志着一次“大收缩”。这种“诞生-毁灭”的循环在实验室中多次重复,上演着一部微缩的、轮回的宇宙史。
基于原子的这种涨落,研究人员定义了一种“熵时间”。由于整个系统的总熵守恒,原子在两个区域间的定向移动,就在“亮区”内部创造了一个可测量的、单向的熵流。这个熵流充当了一个可靠的内在时钟,并展现出几个惊人的特性:
当原子在“亮区”和“暗区”之间的分布最终趋于稳定,不再变化时,熵交换就停止了。从被观测的“亮区”视角来看,时间也在此刻戛然而止——这恰恰是我们真实宇宙理论预言中的“热寂”结局。
这项实验的重要性在于,它将一个关于时间本质的基础性问题,从纯理论的思辨带入了可操作的实验物理学领域。通过将一个封闭的量子系统分块,并观察时间如何单纯地从熵动力学中涌现,该团队为“关系性时间”的理论构想提供了首个可控的测试平台。他们的发现支持了这样一个观点:时间并非宇宙最基本的背景要素,而是一种热力学现象,当观察者区分出一个子系统(就像实验中的“亮区”)与一个更大的、本身无时间的整体时,时间便诞生了。这个桌面上的“宇宙微缩模型”,现在为我们探索真实宇宙的物理学提供了一个全新的经验窗口。
他们创造了一个玻色-爱因斯坦凝聚体,并用一个不随时间变化的稳定势阱将其囚禁。接着,一道精细调节的激光“墙”将这个凝聚体分割成两个部分:一个被观测的“亮区”和一个未被观测的“暗区”。原子可以通过量子隧穿或其他方式在两个区域之间穿越。关键在于,整个系统的“精细熵”是守恒的,这符合孤立系统的定义。因此,“亮区”内任何可观测的“粗粒化熵”的变化,都必然源自其与隐藏“暗区”之间的熵交换。
在系统被密封并分割后,研究团队追踪了“亮区”的演化,发现了一系列与宇宙学惊人相似的对应现象。
随着原子穿越激光屏障,“亮区”反复地膨胀和回缩,这种循环模拟了宇宙学中的“反弹”模型。当原子首次大量涌入“亮区”的那一刻,被解释为一次“大爆炸”;而当它们全部返回“暗区”时,则标志着一次“大收缩”。这种“诞生-毁灭”的循环在实验室中多次重复,上演着一部微缩的、轮回的宇宙史。
基于原子的这种涨落,研究人员定义了一种“熵时间”。由于整个系统的总熵守恒,原子在两个区域间的定向移动,就在“亮区”内部创造了一个可测量的、单向的熵流。这个熵流充当了一个可靠的内在时钟,并展现出几个惊人的特性:
当原子在“亮区”和“暗区”之间的分布最终趋于稳定,不再变化时,熵交换就停止了。从被观测的“亮区”视角来看,时间也在此刻戛然而止——这恰恰是我们真实宇宙理论预言中的“热寂”结局。
这项实验的重要性在于,它将一个关于时间本质的基础性问题,从纯理论的思辨带入了可操作的实验物理学领域。通过将一个封闭的量子系统分块,并观察时间如何单纯地从熵动力学中涌现,该团队为“关系性时间”的理论构想提供了首个可控的测试平台。他们的发现支持了这样一个观点:时间并非宇宙最基本的背景要素,而是一种热力学现象,当观察者区分出一个子系统(就像实验中的“亮区”)与一个更大的、本身无时间的整体时,时间便诞生了。这个桌面上的“宇宙微缩模型”,现在为我们探索真实宇宙的物理学提供了一个全新的经验窗口。