Учёный Бирмингемского университета профессор Джованни Баронтни (Giovanni Barontini) создал экспериментальную систему, которую он описывает как «мини-Вселенную», чтобы проверить фундаментальную идею о природе времени.

Работа опирается на теоретические подходы квантовой гравитации, включая уравнение Уилера–ДеВитта, в которых время не является базовой величиной: Вселенная описывается как единое квантовое состояние без внешнего источника времени, а ощущение времени должно возникать из внутренних связей между подсистемами.

Экспериментальная установка включала облако из 24 000 ультрахолодных атомов — на несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Эта «мини-Вселенная» была изолирована от внешней среды и разделена тонким барьером, созданным двумя лазерными пучками разной частоты. Он формировал две области: «яркую» (наблюдаемую) и «тёмную» (ненаблюдаемую).

В «ярком» секторе атомы демонстрировали циклическое расширение и сжатие, напоминающее сценарии «Большого взрыва» и «Большого сжатия» (Big Bang и Big Crunch). Последовательность этих изменений удалось реконструировать исключительно по внутренней динамике системы — без использования внешних часов.

Фото: University of Birmingham

Ключевой результат заключается в том, что течение времени в такой системе можно связать не с внешним отсчётом, а с ростом или изменением беспорядка (энтропии) распределения атомов. Баронтни назвал это «энтропийным временем».

В такой модели, когда распределение атомов в «яркой» области меняется (частицы перераспределяются между областями), система «движется вперёд во времени». Если распределение остаётся неизменным, то эволюция системы фактически останавливается.

Баронтни отмечает: «В некоторых теориях Вселенной, особенно в квантовой гравитации, время не является встроенной величиной. Но в повседневной жизни оно течёт от прошлого к будущему — почему так происходит, если фундаментальные законы обратимы?»

Он подчёркивает, что эксперимент даёт первое контролируемое экспериментальное подтверждение того, что «время» может определяться изменениями внутри системы, а не внешним отсчётом. В рамках подхода удаётся также записать уравнение Шрёдингера так, чтобы эволюция квантовой системы описывалась через энтропийное время и сохраняла предсказательную силу для вероятностного «облака» состояний.

Этот эксперимент решает ключевую проблему ряда моделей квантовой космологии: как определить порядок событий («до» и «после») в теории, где внешний параметр времени отсутствует. «Мини-Вселенная» показывает, что стандартные уравнения квантовой механики сохраняют применимость даже при таком определении времени.

Работа демонстрирует, что подобные системы могут стать лабораторной платформой для проверки моделей ранней Вселенной, а также для изучения процессов, связанных с квантовой гравитацией. В перспективе это может позволить моделировать более сложные космологические сценарии, включая физику Большого взрыва, Большого сжатия и создавать модели чёрных дыр.