Mi az idő? Egy tudós egy miniatűr univerzumot épített, hogy kiderítse

Mi az idő? Egy megfoghatatlan, folytonosan előrehömpölygő folyamat, vagy csupán az emberi elme illúziója? Bár a mindennapokban természetesne...

Mi az idő? Egy megfoghatatlan, folytonosan előrehömpölygő folyamat, vagy csupán az emberi elme illúziója?

Bár a mindennapokban természetesnek vesszük a másodpercek múlását, a fizikusokat régóta nyomasztja a kérdés: hogyan létezhet az események egymásutánisága egy olyan univerzumban, amelynek nincs külső órája?

A Birminghami Egyetem kutatója, Giovanni Barontini professzor merész lépésre szánta el magát, hogy választ kapjon erre a rejtélyre. Ahelyett, hogy elméleti képletek mögé bújt volna, a laboratóriumában felépített egy miniatűr univerzumot, hogy közvetlenül vizsgálhassa meg az idő születését, valamint a kvantummechanika és a gravitáció határterületeit.

Az áttörést hozó kísérlet részleteit a Physical Review Research folyóiratban publikálták "Testing the Problem of Time with Cold Atoms" (Az idő problémájának tesztelése hideg atomokkal) címmel. Barontini professzor egy hermetikusan lezárt kvantumrendszerben hozta létre saját kozmoszát, amely egyedülálló tesztkörnyezetet biztosít világegyetemünk fejlődésének tanulmányozására a kezdettől a végig, és mindent, ami a kettő között történik. (1)

A kutatók egy rendkívül különleges módszerrel alkották meg ezt a miniuniverzumot: huszonnégyezer darab atomot hűtöttek le mindössze néhány fokkal az abszolút nulla fok fölé. Ez az ultrahideg hőmérséklet kulcsfontosságú, hiszen ezen a szinten a klasszikus fizika szabályai háttérbe szorulnak, és átadják a helyüket a kvantumos jelenségeknek. Az így létrejött felhőt egy vékony gát választotta ketté, miközben két különböző frekvenciájú lézersugárral bombázták a rendszert. Ennek eredményeként egy megfigyelt, fényes régió és egy megfigyeletlen, sötét zóna alakult ki a miniatűr világban.

A kísérlet igazi zsenialitása abban rejlett, hogy Barontini nem használt külső laboratóriumi órát az idő mérésére. Ehelyett hagyta, hogy az idő a részecskék közötti belső kölcsönhatásokból, magából a rendszerből szülessen meg. Ez az elképzelés olyan elméleti fizikai modelleken alapul, mint a híres Wheeler–DeWitt-egyenlet, amely szerint a világegyetem egyetlen, állandó kvantumállapotban létezik, és nincs szüksége külső időre a működéséhez.

A megfigyelések során a fényes oldal döbbenetes módon kezdett viselkedni: szinte "gyorsított felvételben" másolta le a mi világunkat. Folyamatosan ismételgette az Ősrobbanás és a Nagy Reccs ciklusait, vagyis ütemesen tágult, majd önmagába omlott össze. Mivel az események láncolatát tisztán a kvantumrendszeren belül, külső viszonyítási pont nélkül is rekonstruálni lehetett, a kísérlet bizonyította, hogy az idő nem egy külső adottság, hanem a rendszeren belüli atomok rendezetlenségének növekedéséből – a szétáramlásukból – fakad.

Az idő egyetlen irányba mutatott, amit a részecskék áramlása jelzett a fényes és a sötét szektorok között, létrehozva az "idő nyilát". Amikor azonban az atomok eloszlása stabilizálódott, az idő múlása megtorpant. Emiatt Barontini "entrópikus időként" hivatkozik a jelenségre.

Bár ez az időfogalom helyreállítja az események sorrendjét, nem egyenletes, hanem a rendszer entrópiájának függvényében változik. Ami még ennél is fontosabb: a kvantumelmélet alapkövének számító Schrödinger-egyenlet ebben az entrópián alapuló időben is hibátlanul működik.

A professzor rávilágított arra az ellentmondásra, hogy míg a fizika legtöbb alaptörvénye előre és hátrafelé is ugyanúgy működik, a mindennapi életben az idő makacsul a múltból a jövőbe folyik. Ez a tanulmány nyújtja az első ellenőrzött kísérleti bizonyítékot arra, hogy az időt egy rendszer belső változásai is definiálhatják, nem csak a megszokott "ketyegő óra".

A jövőben ezek a mesterséges univerzumok segíthetnek megérteni saját kozmoszunk legkorábbi pillanatait, a fekete lyukak természetét és az idő valódi eredetét. (2)

(1) - https://journals.aps.org/prresearch/
(2) - https://www.birmingham.ac.uk/