Вчені змоделювали всесвіт із 24 тисяч атомів рубідію і переосмислили природу часу

Науковці з Університету Бірмінгема створили в лабораторії мініатюрну «всесвіт» із 24 тисяч надхолодних атомів, яка дозволяє вивчати виникнення часу без жодного зовнішнього годинника. Відкриття ставить під сумнів усталене уявлення про час як невід’ємну властивість реальності та свідчить, що його плин — від минулого до майбутнього — може народжуватися з внутрішньої динаміки самої системи.

Професор Джованні Баронтіні разом із командою сформували хмару з 24 тисяч атомів рубідію, охолоджених до кількох мільярдних часток градуса вище абсолютного нуля. Частинки помістили в ізольовану квантову систему, а двома лазерними пучками створили тонкий бар’єр, що розділив установку на дві зони: одну відкриту для спостереження — «світлу», і другу, приховану від прямого вимірювання, — «темну».

Усередині цього спрощеного космосу світла зона циклічно розширювалася та стискалася, відтворюючи сценарії, що теоретично нагадують Великий вибух із подальшим Великим стисненням. Оскільки система залишалася повністю ізольованою від зовнішнього середовища, вчені відновлювали послідовність подій виключно за змінами всередині самої міні-всесвіту — без жодного лабораторного годинника.

Експеримент підтверджує концепцію «ентропійного часу». Замість того щоб вважати час незалежним тлом реальності, дослідники пов’язали його плин зі змінами ентропії — тобто з тим, як частинки розподіляються в системі. Атоми переміщалися між світлою та темною зонами, змінюючи розподіл матерії, і саме ця еволюція рухала систему вперед у часі. Коли ж зміни припинялися — час фактично зупинявся.

Важливо, що час у такій моделі плине в одному послідовному напрямку, правильно впорядковуючи події навіть під час повторюваних циклів розширення та стиснення. При цьому його темп міг прискорюватися або сповільнюватися залежно від того, як зміщувалася ентропія всередині системи. Баронтіні пояснює: у деяких теоріях, зокрема у квантовій гравітації, час не є вбудованою характеристикою, проте в повсякденному житті він тече з минулого в майбутнє — і це дослідження пропонує відповідь, чому саме так, якщо більшість фундаментальних законів фізики однаково працюють в обох напрямках.

Вчені також показали, що квантова механіка залишається математично несуперечливою в межах цієї моделі: вони переписали рівняння Шрьодінґера через ентропійний час, що дає змогу робити передбачення про еволюцію квантового розподілу ймовірностей. Це перетворює абстрактні теоретичні дискусії на перевірювану науку.

Створена платформа відкриває широкі перспективи: у майбутньому дослідники зможуть моделювати умови раннього Всесвіту, перевіряти конкуруючі теорії квантової гравітації та навіть відтворювати чорні діри в контрольованих лабораторних умовах. Десятиліттями ці питання існували лише у вигляді складних рівнянь — тепер фізики отримали інструмент, щоб перевірити деякі з них на практиці.