Vedci vytvorili „minivesmír“ z 24 000 atómov. Spochybňuje naše chápanie času

Čas berieme ako samozrejmosť. Meriame ho mobilom, atómovými hodinami, kalendárom aj vlastným starnutím. Lenže fyzika má s časom problém, ktorý znie takmer absurdne: v niektorých teóriách vesmíru čas vôbec nemusí byť základnou vlastnosťou reality. Nemusí „tikať“ zvonka. Môže vzniknúť až z toho, čo sa deje vnútri systému.

Práve túto myšlienku sa teraz vedci pokúsili dostať z rovníc do laboratória. Profesor Giovanni Barontini z University of Birmingham vytvoril so svojím tímom kvantový model, ktorý popularizačné médiá opisujú ako „minivesmír“. Nešlo o skutočný vesmír v skle, ale o presne kontrolovaný systém z 24 000 ultrachladných atómov rubídia, v ktorom sa dal skúmať tok času bez použitia vonkajších hodín.

Vesmír bez vonkajších hodín

Experiment vychádza z problému, ktorý fyzikov trápi najmä pri kvantovej gravitácii. Keď opisuješ celý vesmír ako jeden uzavretý systém, nemáš sa na čo odvolať zvonka. Neexistujú externé hodiny mimo vesmíru, podľa ktorých by si určil, čo bolo predtým a čo potom.

V klasickom živote to riešiš jednoducho. Pozrieš sa na hodinky. V kozmológii a kvantovej gravitácii však podobný trik nemusí fungovať. Ak je vesmír všetko, čo existuje, čas by mal byť definovaný z jeho vlastných vnútorných zmien.

Barontini preto vytvoril dobre izolovaný kvantový systém. Ako uvádza štúdia, atómy ochladil na teploty len zlomky nad absolútnou nulou a pomocou laserov rozdelil systém na 2 časti. Jedna bola pozorovateľná, teda „svetlá“. Druhá zostala skrytá, teda „tmavá“. Medzi nimi mohli atómy meniť svoje rozloženie a tým vytvárať vnútornú dynamiku celého systému.

ChatGPT

Ako sme písali pri experimente so „záporným časom“, kvantový svet často rozbíja bežnú intuíciu. Neznamená to, že vedci objavili cestovanie v čase. Znamená to skôr, že pojmy ako trvanie, poradie udalostí a meranie času sa na mikroskopickej úrovni správajú inak, než by čakal zdravý rozum.

Malý „Big Bang a Big Crunch“

Najzaujímavejšie na experimente bolo správanie pozorovateľnej časti systému. „Svetlý“ sektor sa opakovane rozpínal a zmršťoval. Vedci to prirovnávajú k zjednodušenému cyklu Big Bang a Big Crunch, teda k teoretickému scenáru, v ktorom sa vesmír najprv rozpína a neskôr zrúti späť.

Toto prirovnanie netreba brať doslovne. V laboratóriu nevznikla galaxia, čierne diery ani nový kozmos. Vedci vytvorili analógový model, teda fyzikálny systém, ktorý sa dá matematicky prirovnať k určitým kozmologickým rovniciam. Jeho hodnota je v tom, že umožňuje testovať abstraktné myšlienky v kontrolovaných podmienkach.

V primárnej štúdii Barontini opisuje, že systém sa dá chápať ako analóg takzvaného Wheelerovho-DeWittovho vesmíru. Práve tento rámec patrí medzi prístupy, v ktorých sa objavuje „problém času“. Rovnice môžu opisovať vesmír ako celok, no bez jasného vonkajšieho parametra, ktorý by udalosti zoradil do sekvencie.

Čas vznikol z neporiadku

Kľúčom je entropia. Zjednodušene povedané, entropia opisuje, ako sú častice v systéme rozložené a ako sa mení miera „neporiadku“. V experimente sa atómy presúvali medzi svetlou a tmavou časťou. Keď sa ich rozloženie menilo, systém mal vlastný smer vývoja. Keď sa nemenilo, „čas“ v tomto vnútornom opise akoby stál.

Vedci tomu hovoria entropický čas. Nie je to čas z hodiniek na stene laboratória, ale čas odvodený z vnútorného stavu systému. Dôležité je, že podľa štúdie dokázal správne zoradiť udalosti aj počas opakovaných cyklov rozpínania a zmršťovania. Navyše mohol plynúť rýchlejšie alebo pomalšie podľa toho, ako sa menila entropia.

Práve tu je experiment najzaujímavejší. Ak sa fyzikom podarí opisovať dynamiku systému bez vonkajšieho času, môžu tým získať nový spôsob, ako skúmať otázky raného vesmíru, kvantovej gravitácie alebo dokonca modelovať javy podobné čiernym dieram.

Čítajte viac z kategórie: Novinky