Международная группа физиков из Великобритании впервые экспериментально продемонстрировала, что течение времени может не быть фундаментальным свойством мироздания, а возникать как побочный эффект квантовых взаимодействий между частями системы.
Ученые создали упрощенную модель Вселенной — «игрушечный космос» из примерно 20 000 атомов рубидия, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Атомы разделили на два взаимодействующих сектора. Изначально система находилась в полностью статичном, вневременном состоянии: в ней ничего не происходило, и время для нее отсутствовало.
Затем исследователи с помощью лазеров заставили сектора обмениваться атомами, запустив квантовые взаимодействия. Это привело к изменению энтропии — меры неупорядоченности системы. Поскольку в нашей Вселенной стрела времени традиционно связывается с ростом энтропии, физики смогли зафиксировать «внутреннее время» своей модели.
Ученые впервые применили это возникшее внутреннее время в уравнении Шредингера — фундаментальном уравнении квантовой механики. Расчеты, выполненные с его помощью, полностью совпали с результатами реального эксперимента. Исследователям удалось заставить уравнение Шредингера работать с учетом внутреннего времени системы, чего раньше никто не делал.
Идея о том, что время возникает из квантовых корреляций, не нова: в 1930-х годах ее выдвинул физик Невилл Мотт. Однако лишь сейчас она получила столь наглядное подтверждение на относительно сложной системе из холодных атомов.
Эксперимент связан с одной из самых трудных проблем современной науки — объединением квантовой теории и гравитации. Некоторые теоретические модели предполагают, что на самом фундаментальном уровне время отсутствует, и новая работа воспроизводит эту ситуацию в лаборатории.
При этом отмечается, что эксперимент основан на уже известных законах и не открывает принципиально новых фактов о времени. Однако он может служить полезной симуляцией для поиска решений в области квантовой гравитации.
Ученые признают: их работа — это подтверждение давних идей, но не окончательное доказательство того, что время является иллюзией во всех масштабах. Космологи, изучающие реальную Вселенную, скорее всего, не согласятся с такими выводами. Тем не менее, исследователи планируют продолжать, в частности — смоделировать с помощью лазеров условия, аналогичные гравитации черных дыр.
Открытие не переворачивает физическую картину мира окончательно, но предлагает работающую лабораторную модель, в которой время успешно «выращивается» из квантового взаимодействия, а не задается изначально. Это важный шаг в изучении того, работает ли аналогичный механизм в реальной Вселенной.