Mini-wszechświat mierzy czas bez zegara

13 cze 2026

Giovanni Barontini z Uniwersytetu Birmingham zbudował laboratoryjny model „mini-wszechświata” z ultrazimnych atomów rubidu. W tym układzie upływ czasu nie jest odmierzany przez zewnętrzny zegar, lecz wynika ze zmian zachodzących wewnątrz samego systemu.

Eksperyment opisano w „Physical Review Research”. Barontini schłodził około 24 tys. atomów rubidu do temperatury zaledwie kilku miliardowych części stopnia powyżej zera bezwzględnego. W takich warunkach atomy tworzą wspólną kwantową chmurę, którą można kontrolować światłem laserowym.

Fizyk podzielił chmurę na dwie części za pomocą laserowej bariery. Jedna była obserwowana i została nazwana sektorem jasnym. Druga pozostała ukryta jako sektor ciemny. Atomy mogły przechodzić przez barierę w obie strony, a ich ruch stał się wewnętrzną miarą zmian.

Obserwowany sektor zachowywał się jak bardzo uproszczony kosmos. Rozszerzał się, osiągał maksimum, a potem kurczył się i zapadał. Cały cykl trwał około jednej dziesiątej sekundy. Badacze porównują go do miniaturowego Wielkiego Wybuchu i Wielkiego Kolapsu, choć chodzi o laboratoryjny analog, a nie prawdziwy wszechświat.

Kluczowe było śledzenie rozkładu atomów. Gdy zmieniał się sektor jasny, pojawiał się własny kierunek czasu. Gdy wymiana między sektorami zanikała, czas entropiczny zwalniał, a przy braku zmian zatrzymywał się. Zewnętrzny mechanizm odmierzający sekundy nie był potrzebny.

Barontini nazwał tę wielkość czasem entropicznym. W eksperymencie płynął on w jednym kierunku, porządkował zdarzenia w cyklach rozszerzania i zapadania oraz przyspieszał albo zwalniał zależnie od tego, jak szybko entropia przepływała między dwiema częściami układu.

Eksperyment dotyka jednego z najstarszych problemów fizyki teoretycznej. W niektórych modelach grawitacji kwantowej czas nie jest podstawowym składnikiem rzeczywistości. Równania opisują wszechświat jako całość, bez zewnętrznego parametru, który wskazywałby, co dzieje się „przed”, a co „po”. Ludzie widzą jednak świat inaczej: starzeją się, pamiętają przeszłość i obserwują nieodwracalne zmiany.

Do tej pory spór o taki czas toczył się głównie na tablicach i w równaniach. Eksperyment z Birmingham przenosi go do laboratorium. Zamiast pytać wyłącznie o kosmos jako całość, można badać chmurę atomów, w której jedna część pełni rolę zegara dla drugiej.

Badanie nie rozwiązuje zagadki czasu i nie dowodzi, że wszechświat działa dokładnie tak jak chmura rubidu. Model jest celowo uproszczony. Ma jednak tę zaletę, że można go powtarzać, stroić laserową barierę i sprawdzać, jak zmienia się tempo czasu entropicznego.

Barontini pokazał też, że równanie Schrödingera można zapisać w wersji opartej na czasie entropicznym. Symulacje odtworzyły zachowanie atomów, co daje fizykom narzędzie do testowania pomysłów znanych dotąd głównie z kwantowej kosmologii i teorii grawitacji.

Laboratoryjny „mini-wszechświat” może posłużyć do badania modeli Wielkiego Kolapsu, kwantowego odbicia albo analogów czarnych dziur. W szklanej komorze w Birmingham nie ma prawdziwego kosmosu, ale jest układ, który pozwala sprawdzać, czy czas musi być tłem zdarzeń, czy może rodzić się z ich wzajemnych zmian.


Fot. University of Birmingham / Aparatura Uniwersytetu Birmingham użyta do chłodzenia atomów rubidu blisko zera bezwzględnego.

Najnowsze

Sprawdź również

AI pomogło nobliście domknąć problem sprzed dekady

AI pomogło nobliście domknąć problem sprzed dekady

Claude pomógł Giorgiowi Parisiemu i Francescowi Zamponiemu wrócić do problemu, który ciągnął się za nimi od 2014 roku. Chodziło o prostą w zapisie, ale trudną do udowodnienia relację a+b=1 w teorii jammingu, czyli zakleszczania się układów cząstek. Trop podsunęła...

Sztuczna inteligencja obniża wyniki uczniów

Sztuczna inteligencja obniża wyniki uczniów

Korzystanie z generatywnej sztucznej inteligencji do szybszego odrabiania zadań domowych wiązało się w dużym chińskim badaniu ze spadkiem wyników egzaminacyjnych. Analiza objęła 26 811 uczniów szkół średnich i trwała 30 miesięcy. Ta sama technologia dawała lepsze...