Время как квантовая иллюзия – что показала игрушечная вселенная
Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Research, усилило дискуссию о фундаментальной природе времени и его возможной «возникающей» природе в квантовых системах. Физики из Бирмингемского университета под руководством Джованни Баронтини экспериментально проверили идею, предполагающую, что оно может не существовать как базовый параметр, а формироваться как результат квантовых взаимодействий внутри системы. Подробности о манипуляциях с игрушечной вселенной сообщает planet-today.ru.
Работа основана на эксперименте с ультрахолодными атомами рубидия, охлажденными лазерами до температур, близких к абсолютному нулю. В таких условиях формируется так называемая «игрушечная вселенная» — управляемая квантовая система из примерно 20 000 атомов. В ней исследователи могут моделировать простейшие сценарии эволюции материи.
Оценка природы времени за счет игрушечной вселенной
Аналогичные модели ранее использовались для изучения квантовой симуляции космологических процессов и проверки концепций квантовой гравитации. Работы включают аналоги уравнений типа Wheeler–DeWitt, где время в фундаментальном виде отсутствует и должно возникать из внутренних корреляций системы.
Читайте по теме: квантовая революция уже на пороге: почему через два года мир может измениться до неузнаваемости
В новом эксперименте атомы были разделены на два условных сектора — «светлый» и «темный». Изначально система находилась в статичном состоянии без выраженной динамики, что в интерпретации авторов соответствовало отсутствию внутреннего времени. Однако после включения лазерного взаимодействия между секторами начался обмен атомами, что привело к росту энтропии и появлению направленной эволюции системы.
Время может быть квантовой иллюзией – выводы ученых
Именно изменение энтропии стало ключевым элементом исследования. В физике рост энтропии традиционно связывается с «стрелой времени» — направлением, в котором развиваются реальные процессы. В рамках эксперимента исследователи показали, что именно энтропийный градиент позволяет определить внутреннее время системы и использовать его в уравнении Шредингера для описания квантовой динамики.
Идея «времени как производного явления» не является новой. Еще в середине XX в. в теоретической физике обсуждалась возможность того, что время возникает из статистических свойств квантовых систем. Современные исследования квантовой термодинамики также рассматривают связь времени с ростом беспорядка и информационной энтропии, особенно в системах с сильной квантовой запутанностью.
Важным этапом в развитии этой концепции стал эксперимент 2013 г. Группа Марко Дженовезе продемонстрировала, что ощущение времени может возникать из квантовых корреляций фотонов. Новая работа расширяет этот подход, переходя от световых частиц к более сложной системе ультрахолодных атомов, что делает модель ближе к реальным многотельным квантовым системам.
Опыты с игрушечной вселенной и квантовые процессы
Отдельный интерес вызывает связь подобных экспериментов с задачами квантовой гравитации. Теоретические модели предполагают, что на фундаментальном уровне пространство-время может быть не непрерывной средой, а результатом квантовых взаимодействий. В этом контексте время теряет статус самостоятельной переменной и становится производной величиной, возникающей из структуры квантовых связей между частицами.
По мнению ряда физиков, включая сторонников информационно-энтропийного подхода, подобные лабораторные «мини-вселенные» позволяют проверять эти гипотезы в контролируемых условиях. Однако критики, включая Карло Ровелли, отмечают, что такие эксперименты не выходят за рамки уже известной квантовой механики и не доказывают универсальность выводов для всей Вселенной. Речь идет скорее о моделировании математических структур, чем о прямом описании космологической реальности.
Тем не менее научное сообщество признает, что подобные исследования расширяют инструментарий квантовой физики. Работы с ультрахолодными атомами уже давно используются для моделирования сложных квантовых явлений, включая топологические фазы материи, квантовые магниты и динамику сильно коррелированных систем.
Ранее на сайте «Пронедра» писали про квантовое зеркало времени: как новая теория переосмысливает кротовые норы, черные дыры и саму историю Вселенной
