Часы (лабораторные таймеры) необходимы для большинства исследовательских экспериментов. Они, например, определяют, как долго частицы подвергаются бомбардировке лазером. Но новый эксперимент показывает, что это измерение времени возможно и без таких внешних лабораторных часов.
В стеклянной ячейке помещены атомы рубидия. Источник: Бирмингемский университет
Для этого группа исследователей из Бирмингемского университета поместила 24 000 атомов рубидия в стеклянную ячейку. Их охладили почти до абсолютного нуля, чтобы создать герметично закрытую квантовую систему, имитирующую своего рода простую «мини-вселенную».
Затем два лазерных луча были использованы для создания яркой, наблюдаемой области и темной, ненаблюдаемой области. Яркая область расширяется и сжимается, имитируя фазы Большого взрыва и потенциального «Большого сжатия», гипотетического конца Вселенной.
Вместо измерения изменений в мини-вселенной с помощью внешних лабораторных часов, сами изменения как бы становятся хронометром/таймером. Атомы изначально удерживались в замкнутом пространстве, а затем «освобождались». Это привело к увеличению энтропии (как известно, согласно соответствующему фундаментальному понятию, системы со временем становятся все более неупорядоченными).
Чем больше эта энтропия увеличивается, тем больше времени проходит. Для определения этого процесса состояние стеклянной ячейки фотографируется через регулярные интервалы. Изображения сравниваются с помощью алгоритма, позволяющего определять течение времени на основе степени энтропии, а не часов.
Ученые заявили, что исследование предоставляет первые экспериментальные доказательства того, что «время» можно определить как изменение внутри системы, а не как внешние тикающие часы.
Результаты эксперимента дают ответ на давно обсуждаемый вопрос: как можно точно узнать, что было первым во Вселенной, если нет внешних часов для измерения прогресса. Искусственная мини-вселенная призвана помочь ответить на вопросы о ранней Вселенной и Большом взрыве. Ее также можно использовать для моделирования черных дыр и исследования того, как само время возникает во Вселенной. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Research.
Читайте далее на сайте
Астрономы выдвинули теорию о возникновении новой Вселенной после затухания гигантской звезды
Ученые из Китая и Европы одновременно создали ядерные часы на основе тория-229